Степени искрения в машинах постоянного тока

Причины искрения на коллекторе машины постоянного тока

Интенсивное искрение в щеточно-коллекторном контакте вызывает подгорание пластин коллектора и щеток, и создаёт пожароопасную обстановку.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и коммутационные.

Механические причины искрения

Потенциальные причины искрения

Потенциальные причины искрения возникают, если напряжение между смежными коллекторными пластинами превышает допустимое значение (не более 16 В для машин без компенсационной обмотки и 20 В для машин с компенсационной обмоткой). В этом случае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопровождается появлением на коллекторе электрических дуг.

Коммутационные причины искрения

Возникают при физических процессах, происходящих в машине в связи с переходом секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

При выпуске готовой машины в ней настраивают темную коммутацию, ис­ключающую какое-либо искрение. Од­нако в процессе эксплуатации маши­ны, по мере износа коллектора и ще­ток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и опасным, тогда маши­ну необходимо остановить для выясне­ния и устранения причин искрения. Од­нако небольшое искрение в машинах общего назначения обычно допустимо.

Согласно ГОСТ 183—74, искрение на коллекторе оценивается степенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

Источник

12. Как определить допустимую степень искрения на коллекторе в электродвигателе постоянного тока?

Как определить допустимую степень искрения на коллекторе в электродвигателе постоянного тока?

Повышенное искрение может происходить из-за неправильной установки щеток (не по заводским меткам), плохого прилегания щеток к коллектору, загрязнения или частичного выгорания коллектора, повышенной вибрации щеточного устройства и др.

Полностью устранить искрение практически не удается, поэтому необходимо уметь правильно определить допустимую степень искрения.

В соответствии с нормами искрение на коллекторе оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и по шкале (классам коммутации), приведенной в таблице 9.

Допустимую степень искрения можно определить и по цвету образующихся искр. Небольшое искрение голубовато-белого цвета, почти всегда имеющееся на сбегающем крае щетки, не представляет собой никакой опасности. Удлиненные искры желтоватого оттенка свидетельствуют о неправильной коммутации. Зеленая окраска искр и присутствие частичек меди на рабочей части щеток указывают на механические повреждения коллектора.

Таблица 9. Степень и характеристика искрения

Степень искрения (класс коммутации)

Характеристика степени искрения

Состояние коллектора и щеток

Отсутствие искрения (темная коммутация)

Отсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках

Слабое точечное искрение под небольшой частью щетки

Слабое искрение под большей частью щетки

Появление следов почернения на коллекторе, легко устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках

Искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и перегрузки

Появление следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности бензином, а также следов нагара на щетках

Значительное искрение под всем краем щетки с наличием крупных и вылетающих искр. Допускается только для моментов прямого (без реостатных ступеней) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейших работ

Значительное почернение на коллекторе, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также подгар и разрушение щеток

Kак определить положение геометрической нейтрали машины постоянного тока?

Для правильной установки щеток машин постоянного тока необходимо определить положение геометрической нейтрали.

Определение геометрической нейтрали может быть произведено методом наибольшего напряжения, индуктивным методом и методом двигателя.

При определении нейтрали методом наибольшего напряжения генератор с независимым возбуждением вращают вхолостую с постоянной частотой вращения и током возбуждения. Щетки передвигают по коллектору до тех пор, пока вольтметр, присоединенный к зажимам якоря, не даст максимального отклонения. Такое положение щеток соответствует геометрической нейтрали.

При индуктивном методе машина остается неподвижной и возбуждение подается от постороннего источника постоянного тока. К зажимам якоря подключают чувствительный вольтметр. Щетки передвигают до тех пор, пока внезапное замыкание или размыкание цепи возбуждения не перестает вызывать отклонения стрелки вольтметра. Это положение щеток будет соответствовать положению геометрической нейтрали.

При размыкании обмотки возбуждения в ней могут возникнуть большие перенапряжения. Поэтому ток в обмотке возбуждения необходимо устанавливать небольшим или зашунтировать обмотку возбуждения сопротивлением.

При определении нейтрали методом двигателя находят такое положение щеток, при котором частота вращения двигателя в обе стороны будет одинаковой. Опыт проводят под нагрузкой, при которой ток якоря равен половине номинального. Изменение направления вращения производят изменением полярности зажимов обмотки якоря.

Какие бывают электрические нагреватели?

Косвенный электронагрев сопротивлением применяют для нагрева и термообработки проводящих, непроводящих, твердых, жидких материалов в области температур до 1500°С. Основным элементом электротермической установки сопротивления служит электрический нагреватель — тепловыделяющий источник, преобразующий электрическую энергию в тепловую. Нагреватель представляет собой высокоомное сопротивление — нагревательный элемент, оборудованный вспомогательными устройствами для подвода тока, электроизоляции, защиты от механических повреждений, крепления. Нагревательные элементы выполняют из металлических и неметаллических материалов в виде проволочных спиралей, ленточных зигзагов, стержней, трубок, пленок на изолирующих подложках.

Электронагреватели сопротивления классифицируются по исполнению (открытые, закрытые, герметические); материалу нагревательных элементов (металлические, полупроводниковые, неметаллические); конструктивному исполнению (проволочные, ленточные, стержневые, пленочные);

рабочей температуре (низкотемпературные, средне температурные, высокотемпературные) и другим признакам.

Открытые нагреватели (рис. 8, а, б) просты по устройству, имеют хорошие условия для теплопередачи, ремонтоспособны. Их недостаток — повышенная электрическая опасность, низкий срок службы. Они применяются главным образом в высокотемпературных установках с теплоотдачей преимущественно излучением (термоизлучатели, электрические печи).

Закрытые нагреватели (рис. 8, в) размещают в корпусе, предохраняющем их от механических воздействий и нагреваемой среды. Герметические нагреватели защищены от внешних воздействий, в том числе от доступа воздуха.

Рис. 8. Электрические нагреватели:

а — спираль; б — лента; в — нагреватель в корпусе; 1 — металлический кожух; 2 — нагревательный провод; 3 — изолятор; d — диаметр провода; h — шаг спирали; D — диаметр спирали; а — толщина ленты, b — ширина ленты

Kак устроены трубчатые электрические нагреватели? Kак их выбрать?

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) по исполнению являются герметическими. Это наиболее распространенные электротермические устройства установок низко- и среднетемпературного нагрева.

Рис. 9. Трубчатый электронагреватель (ТЭН): 1 — оболочка (трубка); 2 — спираль; 3 — контактный стержень; 4 — изолятор (периклаз или кварцевый песок); 5 — мастика; 6 — фарфоровая втулка; 7 — контактная гайка. L — общая длина ТЭНа; Lакт — активная (рабочая) длина t; tк — длина контактного стержня; h — шаг спирали; d — диаметр провода; dcn — диаметр спирали; dcn.наp — диаметр спирали наружный;

dmp. вн — диаметр трубки внутренний; dmp.нар— диаметр трубки наружный

Устройство типового ТЭНа показано на рис.9,а. Он состоит из тонкостенной (0,8—1,2 мм) металлической трубки (оболочки) 7, в которой размещена спираль 2 из проволоки высокого удельного электрического сопротивления. Концы спирали соединены с контактным стержнем 3, наружные выводы 7 которого служат для подключения нагревателя к питающей сети. Материалом трубки может быть углеродистая сталь марок 10 или 20, если температура поверхности ТЭНа в рабочем режиме не превышает 450°С, и нержавеющая сталь 12Х18Н10Т при более высоких температурах или при работе в агрессивных средах (табл.10). Спираль изолируют от трубки наполнителем 4, имеющим высокие электроизолирующие свойства и хорошо проводящим теплоту. В качестве наполнителя используют периклаз (кристаллическая окись магния). После заполнения наполнителя трубку опрессовывают. Под большим давлением периклаз превращается в монолит, надежно фиксирующий спираль по оси трубки. Спрессованный нагреватель может быть изогнут для придания необходимой формы. Контактные стержни 3 изолируют от трубки изолятором 6, торцы герметизируют влагозащищающим кремнийорганическим лаком (герметиком) 5.

Преимущество ТЭНов — универсальность, надежность и безопасность обслуживания. Их можно использовать при контакте с газообразными и жидкими средами при давлении до 9, 8 • 105 Па. Они не боятся ударов и вибраций, но не являются взрывобезопасными. Рабочая температура поверхности ТЭНов может достигать 800°С, что удовлетворяет большинству бытовых и сельскохозяйственных тепловых процессов и позволяет использовать их в качестве тепловыделяющих источников не только в установках кондуктивного и конвективного нагрева, но и в качестве излучателей в установках лучистого (инфракрасного) нагрева. Вследствие герметизации спиралей срок службы ТЭНов достигает 10 тыс. ч. ТЭНы изготовляют по ГОСТ 13268. Единичная мощность их (15—12)*103 Вт, а в блоке (из двух или трех нагревателей) достигает 24-103 Вт, развернутая длина 185—5280 мм, наружный диаметр трубки 6, 5—8, 0—10—12, 5—16 мм, номинальное напряжение 12, 36, 48, 55, 127, 220 и 380 В, климатическое исполнение УХЛ4 или УХЛЗ по ГОСТ 15150.

•ТЭНы выпускают разнообразной конструкции, что позволяет встраивать их в самые разные установки, начиная от промышленных печей и до бытовых электронагревательных приборов. Помимо обычного исполнения выпускают одноконцевые ТЭНы патронного типа диаметром от 6,5 до 20 мм, отличающиеся высокой удельной поверхностной мощностью (до 38 • 10^4 Вт/м^2), а также плоские ТЭНы (сечением 5х11 и 6х17 мм) с развитой теплоотдающей поверхностью. К недостаткам ТЭНов следует отнести высокую металлоемкость и стоимость из-за использования дорогостоящих материалов (нихром, нержавеющая сталь), невысокий срок службы, невозможность ремонта при перегорании спирали.

Таблица 10. Нагреваемые среды, характер нагрева, предельная (удельная) поверхностная мощность, материал оболочки ТЭНа и ее температура

Источник

Причины, вызывающие искрение на коллекторе

При работе машины постоянного тока щётки и коллектор образуют скользящий контакт. Щётки выбирают в соответствии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щёток, а площадь контакта – по значению рабочего тока, приходящегося на одну щётку.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе разделяют на механические, потенциальные и коммутационные. Коммутация – это процесс переключения секции якоря из одной параллельной ветви в другую.

1). Механические причины искрения – слабое давление щёток на коллектор, биение коллектора, загрязнение или негладкость поверхности коллектора, выступление миканитовой изоляции над пластинами, неплотное закрепление траверсы или щёткодержателей, т. е. любые причины, нарушающие контакт между щётками и коллектором.

2). Потенциальные причины искрения – появляются при возникновении напряжения между коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение (30 В при мощности машины до 1 кВт и 16 В при мощности машины более 1 кВт).

3). Коммутационные причины искрения – создаются физическими процессами при переходе секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

Искрение на коллекторе оценивается классом коммутации (степенью искрения) под сбегающим краем щётки:

— степень 1 – тёмная коммутация (искрения нет),

— степень 2 – искрение под всем краем щётки с почернением коллектора и нагаром на нём,

— степень 3 – значительное искрение под всем краем щётки с появлением вылетающих искр и значительным почернением коллектора.

1.3.2. Виды коммутации и способы её улучшения

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть её в общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают, что ширина щётки равна коллекторному делению (ширине щётки), щётки расположены на геометрической нейтрали (линии перпендикулярной магнитным силовым линиям магнитного поля машины) и электрическое сопротивление коммутирующей секции мало.

Различают следующие виды коммутации, т. е. процесса перехода щётки с одной пластины коллектора на другую, при котором секция обмотки переходит из одной параллельной ветви в другую (рис. 8):

1). Прямолинейная, при которой пластины коллектора выходят из под щётки без разрыва тока и ток в коммутирующей секции изменяется по прямолинейному закону. При этом не происходит искрения на коллекторе (идеальная коммутация).

Рис. 8. Виды коммутации:

а) – прямолинейная; б) – криволинейная замедленная.

Способы улучшения коммутации сводятся к уменьшению добавочного тока коммутации iд:

где – сумма электрических сопротивлений добавочному току коммутации (в основном определяется сопротивлением щёток и переходного контакта ).

1). Уменьшение реактивной ЭДС. Реактивная ЭДС может быть в значительной степени уменьшена или даже полностью устранена созданием в зоне коммутации (по оси щёток) коммутирующего поля определённой полярности. Создаётся такое поле или добавочными полюсами или смещением щёток с геометрической нейтрали.

Добавочные полюса создают в зоне коммутации магнитное поле такой величины и направления, чтобы наводимая этим полем в коммутирующей секции ЭДС вращения компенсировала реактивную ЭДС. При этом щётки устанавливают на геометрической нейтрали. Если машина снабжена компенсационной обмоткой, то магнитодвижущую силу (МДС) добавочных полюсов уменьшают на МДС компенсационной обмотки.

Смещением щёток с геометрической нейтрали создают коммутирующее поле в зоне коммутации в машинах мощностью до 1 кВт, не имеющих добавочных полюсов.

2). Улучшение коммутации применением щёток с большим сопротивлением целесообразно для машин с небольшим рабочим током, т. к. при большом рабочем токе необходимо увеличивать площадь щёточного контакта, что приводит к увеличению коллектора и, следовательно, габаритов машины в целом.

Про значительных перегрузках или внезапном коротком замыкании машины постоянного тока, коммутация приобретает резко замедленный характер. При этом появляются коммутационные и потенциальные причины для возникновения электрической дуги на коллекторе. Т. к. коллектор вращается, то дуга механически растягивается, образуя вокруг коллектора мощную электрическую дугу, называемую круговым огнём по коллектору. Круговой огонь очень опасен, т. к. может привести к тяжёлой аварии машины, вплоть до пожара. Добавочные полюса и компенсационная обмотка уменьшают эту опасность, но полностью её не устраняют. Поэтому для устранения этого явления в машинах, работающих в условиях перегрузок, между коллектором и обмоткой на якоре устанавливают изолирующий экран или применяют воздушное дутьё, сдувающее дугу в сторону подшипника, а для создания препятствия на пути распространения дуги между щётками разной полярности устанавливают барьеры из изоляционного материала.

Т. к. коллекторные машины создают радиопомехи, для их подавления чаще всего применяют ёмкостные фильтры в виде конденсаторов, включаемых между каждым токоведущим проводом и корпусом машины.

Источник

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА КОММУТАЦИИ. ПРИЧИНЫ ИСКРЕНИЯ И ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ИСКРЕНИЯ

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА КОММУТАЦИИ. ПРИЧИНЫ ИСКРЕНИЯ И ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ИСКРЕНИЯ

Щетки разделяют обмотку якоря на несколько параллельных ветвей. При вращении якоря каждая секция его обмотки переходит из одной параллельной ветви в другую, что сопровождается резким изменением направления тока в секции и замыканием этой секции накоротко щетками.

Процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую и изменения направления в них тока называется процессом коммутации.

Б о льшую часть времени, соответствующего одному обороту якоря, ток секции равен току параллельной ветви. Однако поскольку секция, перемещаясь под полюсами, попадает то в одну, то в другую параллельную ветвь, направление тока в ней периодически меняется. Изменение направления тока в секции происходит за период времени, в течение которого соединенные с секцией коллекторные пластины соприкасаются со щеткой. Это время называется периодом коммутации Т _к . Секция начинает коммутироваться в момент, когда коллекторные пластины, между которыми подключена секция, перекрываются набегающим краем щетки; заканчивается же процесс коммутации этой секции в момент выхода указанных коллекторных пластин из-под противоположного (сбегающего) края щетки. Секция, накоротко замкнутая щетками, называется коммутируемой.

Качество коммутации оценивается степенью искрения под сбегающим краем щетки, т.е. под тем краем щетки из под которого выходят пластины коллектора. Оценка искрения производится визуально.

Существуют следующие степени искрения:

— Степень 1характеризуется отсутствием искрения (темная коммутация)

При этих степенях на коллекторе отсутствует почернение, а на щетках нет нагара

Эти 3 степени допускаются при длительной работе машины.

— степень 2 – происходит искрение под всем краем щетки. На коллекторе появляется почернение, которое не устраняется протиранием бензином. На щетках появляется нагар. Эта степень искрения допускается только при кратковременной работе

— степень 3- происходит значительное искрение под всем краем щетки с наличием крупных вылетающих искр. На коллекторе появляется значительное почернение, на щетках сильный нагар и разрушение щеток. Допускается только для моментов прямого пуска или реверсирования, если при этом коллектор и щетки остаются пригодными для работы

Причины искрения можно разделить на механические, электромагнитные и потенциальные.

Механические причины связаны с некачественным изготовлением коллектора и щеточного аппарата: неровная поверхность коллектора, заедание и вибрация щеток в щеткодержателе, биение коллектора и т.д. Поэтому при изготовлении машины предъявляют жесткие требования к обработке поверхности коллектора и изготовлению щеточного узла.

Причиной появления потенциального искрения является повышение напряжения между соседними коллекторными пластинами. При неблагоприятных условиях оно может привести к аварийному явлению: круговому огню. Круговой огонь возникает при большой мощности машины. Круговой огонь представляет собой мощную дугу между коллектором и щетками разной полярности. При этом происходит короткое замыкание машины: ток резко возрастает, что приводит к повреждению коллектора и выводу машины из строя

. ВИДЫ КОММУТАЦИИ. СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЕ КОММУТАЦИИ

Различают 3 вида коммутации

Существует 2 способа улучшения коммутации:

1)уменьшением суммарной ЭДС

2)увеличением сопротивления коммутируемой секции.

В обоих случаях происходит уменьшение дополнительного тока и снижение искрения ( i _д =е/ r _щ )

Улучшение коммутации путем снижения суммарной ЭДС можно произвести или снижением реактивной ЭДС, или созданием коммутирующего поля.

Улучшение коммутации снижением реактивной ЭДС применяют для машин не имеющих дополнительных полюсов. Существует несколько способов

1) уменьшение числа витков в секции. При этом необходимо увеличить число секций

2) уменьшение длины якоря, увеличив при этом его диаметр

3) уменьшением частоты вращения машины за счет увеличения ее мощности

Все эти способы учитываются при проектировании машины

Для улучшения коммутации созданием коммутирующего поля необходимо произвести компенсацию реактивной ЭДС, т.е. создать такое поле, в котором

е _вр ≥ е _р и имела бы противоположное направление. Такое поле называется коммутирующим. Получить такое поле можно 2 способами:

1)сдвигом щеток с геометрической нейтрали

2) с помощью дополнительных полюсов

При первом способе щетки сдвигают т.о., чтобы коммутируемые секции располагались в зоне главных полюсов. Чтобы е _вр была направлена навстречу е _р у генератора щетки сдвигают с геометрической нейтрали по направлению вращения якоря, а у двигателей- против вращения. Угол сдвига определяют визуально до прекращения искрения при определенном неизменном значении тока якоря.

1. компенсацию реактивной ЭДС можно получить только для одного значения тока якоря. При изменении значения тока пропорционально ему изменяется значение ЭДС и компенсации не будет

2. Этот способ не применяется для машин работающих с переменной частотой вращения

Наиболее часто применяется создание коммутирующего поля с помощью дополнительных полюсов. Эти полюса располагаются между основными по линиям геометрической нейтрали. Обычно число дополнительных полюсов равно главным.

Магнитное поле дополнительных полюсов создается катушками, расположенными на сердечниках. Катушки соединяются между собой, образуя обмотку возбуждения дополнительных полюсов. Полярность дополнительных полюсов выбирается т.о., чтобы его ЭДС была направлена навстречу реактивной ЭДС.

Чтобы компенсация происходила при любых значениях тока обмотка доп. полюсов включается последовательно с обмоткой якоря.

Источник

Причины, вызывающие искрение на коллекторе. 1 страница

При работе машины постоянного тока щетки и кол­лектор образуют скользящий контакт. Площадь кон­такта щетки выбирают по значению рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, в соответст­вии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щеток. Если по какой-то причине щетка приле­гает к коллектору не всей поверхностью, то возникают чрезмерные местные плотности тока, приводящие к искрению на коллекторе.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и ком­мутационные.

Механические причины искрения — слабое давление щеток на коллектор, биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, выступание миканитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щетко­держателей, а также другие причины, вызываю­щие нарушение электрического контакта между щеткой и коллектором.

Потенциальные причины искрения появ­ляются при возникновении напряжения между смеж­ными коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение. В этом случае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопро­вождается появлением на коллекторе электрических дуг.

Коммутационные причины искрения соз­даются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин искрения следует начи­нать с механических, так как их обнаруживают осмотром коллектора и щеточного устройства. Труд­нее обнаружить и устранить коммутационные при­чины искрения.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраиваю темную коммутацию, исключающую какое-либо искрение на коллекторе в процессе эксплуатации машины, по мере износа кол­лектора и теток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и опасным, тогда машину необходимо остановить для выяснения и устранения причин иск­рения. Однако небольшое искрение в машинах общего назначе­ния обычно допустимо.

Согласно ГОСТу, искрение на коллекторе оценивается сте­пенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

Если допустимая степень искрения в паспорте электриче­ской машины не указана, то при номинальной нагрузке она не должна превышать 1/2.

При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с одной пластины (сбегающей) на другую (набегающую) сопровождается переключением секции обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменением как значения, так и направления тока в этой секции. Процесс переключения секции из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие его явления называются коммутацией.

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть коммутацию в общем виде. Поэтому для получения аналитиче­ских и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают, что ширина щетки равна коллекторному делению; щетки расположены на геометрической нейтрали; электрическое сопротивление коммутирующей секции и мест ее присоединения к коллектору по срав­нению с сопротивлени­ем переходного контак­та «щетка — коллектор» пренебрежимо мало (обычно такое соотно­шение указанных со­противлений соответст­вует действительности).

В начальный момент коммутации (рисунок 20, а) контактная поверх­ность щетки касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой па­раллельной ветви об­мотки и ток в ней равен ia. Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате коммутирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней постепенно уменьшается. В середине процесса коммутации (t = 0,5T к) контактная поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины (рисунок 20,б). В конце коммутации (t = Tк) щетка полностью переходит на пластину 2 и теряет контакте пластиной 1 (рисунок 20,в), а ток в коммутирую­щей секции становится равным — i_а, т. е. по значению таким же, что и в начале коммутации, а по направлению — противополож­ным. При этом коммутирующая секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.

Тема: Генератор независимого возбуждения

Схема включения генератора независимого возбуждения показана на рисунке 21,а.

Регулировочный реостат, включенный в цепь возбуждения, дает возможность регулировать ток возбуждения, а следовательно, и основной магнитный поток машины. Обмотка возбуждения питается от источника энергии постоянного тока: аккумулятора, выпрямителя или же другого генератора постоянного тока.

Характеристика холостого хода. При снятии данной характеристики (рисунок 21,б) генератор работает в режиме х.х. Установив номинальную частоту вращения и поддерживая ее неизменной, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения от нулевого значения до значения А, при котором U_х.х равно 1,15 от номинального, тем самым получая данные для построения кривой 1. Начальная ордината кривой 1 не равна 0, что объясняется действием небольшого магнитного потока остаточного магнетизма, сохранившегося от предыдущего намагничивания машины. Уменьшив ток возбуждения до 0 и изменив его направление, постепенно увеличивают ток в цепи возбуждения. Полученная таким образом кривая 2 называется нисходящей ветвью характеристики. В первом квадранте кривая 2 располагается выше кривой 1. Объясняется это тем, что в процессе снятия кривой 1 произошло увеличение магнитного потока остаточного намагничивания. Далее опыт проводят в обратном направлении. В результате получают кривую 3, называемую восходящей ветвью характеристики. Нисходящая и восходящая ветви образуют петлю намагничивания. Проведя между кривыми 2 и 3 среднюю линию 4, получим расчетную характеристику х.х.

Прямолинейная часть характеристики х.х. соответствует ненасыщенной магнитной системе машины. При дальнейшем увеличении тока сталь машины насыщается и характеристика приобретает криволинейный характер.

Внешняя характеристика. Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки. При снятии данных для построения внешней характеристики генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и нагружают его до номинального тока при номинальном напряжении. Затем, постепенно уменьшая нагрузку вплоть до х.х, снимают показания приборов. Сопротивление цепи возбуждения и частоту вращения в течении опыта поддерживают неизменными. На рисунке 22,а представлена внешняя характеристика генератора независимого возбуждения, из которой видно, что при увеличении тока нагрузки напряжение на выводах генератора понижается; это объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи якоря.

Регулировочная характеристика. Данная характеристика (рисунок 22,б) показывает, как следует менять ток в цепи возбуждения, чтобы при изменении тока нагрузки генератора напряжение на его выводах оставалось неизменным. При работе генератора без нагрузки в цепи возбуждения устанавливают ток, при котором напряжение на выводах генератора становится равным номинальному. Затем постепенно увеличивают нагрузку генератора, одновременно повышают ток возбуждения таким образом, чтобы напряжение генератора во всем диапазоне нагрузок оставалось равным номинальному. Так получают восходящую ветвь характеристики (кривая 1). Затем проводя опыт в обратном направлении получают кривую 2. Кривые не совпадают из-за остаточного магнетизма машины. Средняя кривая 3 проводится между двумя кривыми, полученными опытным путем и называется практической регулировочной характеристикой генератора.

Недостаток генератора – требуется дополнительный источник питания. Достоинство – возможность регулирования напряжения в широких пределах, а также сравнительно жесткая внешняя характеристика.

Тема: Генератор смешанного и параллельного возбуждения

Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока осно­ван на том, что магнитная система машины, будучи намагничен­ной, сохраняет длительное время небольшой магнитный поток остаточного магнетизма сердечников полюсов и станины Ф_ост(порядка 2—3 % от полного, потока). При вращении якоря поток Ф_ост индуцирует в якорной обмотке ЭДС Е_ост, под действием кото­рой в обмотке возбуждения возникает небольшой ток I_в.ост. Если МДС обмотки возбуждения I_в.остw_в имеет такое же направление, как и поток, то она увеличивает поток главных полюсов. Это, в свою очередь, вызывает увеличение ЭДС генератора, отчего ток возбуждения вновь увеличится. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешено падением напряжения в цепи возбуждения, т.е. .

На рисунке 23, а показана схема включения генератора парал­лельного возбуждения, на рисунке 23, б — характеристика х.х. генератора (кривая 1) и зависимость падения напряжения от тока возбуждения (прямая 2). Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, так как именно в ней .

Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс определяется из треугольника ОАВ:

, (10)

где m_i – масштаб тока (по оси абсцисс), А/мм;

m_u – масштаб напряжения (по оси ординат), В/мм.

Из формулы следует, что угол наклона прямой к оси абсцисс прямо пропорционален сопротивлению цепи возбужде­ния. Однако при некотором значении сопротивления реостата r_рг сопротивление r_в достигает значения, при котором зависи­мость становится касательной к прямолинейной части характеристики х.х. (прямая 3). В этих условиях генератор не самовозбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при кото­рой прекращается самовозбуждение генератора, называют кри­тическим сопротивлением (r_в.крит).

Следует отметить, что самовозбуждение генератора возможно лишь при частоте вра­щения, превышающей критическую n_кр. Это условие вытекает из характеристики самовоз­буждения генератора (рисунок 24), представ­ляющей собой зависимость напряжения гене­ратора в режиме х. х. от частоты вращения при неизменном сопротивлении цепи возбуж­дения, т.е. при .

Анализ характеристики самовозбуждения показывает, что при n n_кр. В этом случае увеличение частоты вращения сопровождается резким ростом нап­ряжения U₀. Однако при частоте вращения, близкой к номиналь­ной, рост напряжения несколько замедляется, что объясняется магнитным насыщением генератора. Критическая частота враще­ния зависит от сопротивления цепи возбуждения и с ростом послед­него увеличивается.

Таким образом, самовозбуждение генераторов постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий: а) магнит­ная система машины должна обладать остаточным магнетиз­мом; б) присоединение обмотки возбуждения должно быть таким, чтобы МДС обмотки совпадала по направлению с потоком оста­точного магнетизма Ф_ост; в) сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического; г) частота вращения якоря должна быть больше критической.

Так как генератор параллельного возбуждения самовозбуждается лишь в одном направлении, то и характеристика х.х. этого генератора может быть снята только для одного квадранта осей координат.

Нагрузочная и регулировочная характеристики генератора параллельного возбуждения практически не отличаются от соот­ветствующих характеристик генератора независимого возбуж­дения.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуж­дения 1 (рисунок 25) менее жесткая, чем у генератора независи­мого возбуждения. Объясняется это тем, что в генераторе парал­лельного возбуждения помимо причин, вызывающих уменьшение напряжения в генераторе независимого возбуждения (реакция якоря и падение напряжения в цепи якоря), действует еще и третья причина — уменьшение тока возбуждения, вызванное снижением напряжения от действия первых двух причин. Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопро­тивления нагрузки r_н ток увеличивается лишь до критического значения I_кр, а затем при дальнейшем уменьшении сопротивле­ния нагрузки ток начинает уменьшаться. Наконец, ток на­грузки при коротком замыка­ая I_к 50 %.

При секционировании об­мотки возбуждения (рисунок 29,г) отключение части витков об­мотки сопровождается ростом частоты вращения. При шунти­ровании обмотки якоря реоста­том R_ш (см. рисунок 29,в) увели­чивается ток возбуждения, что вызывает умень­шение частоты вращения. Этот способ регулирования, хотя и обеспечивает глубокую регули­ровку, неэкономичен и применяется очень редко.

Дата добавления: 2015-02-28 ; просмотров: 4915 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник