Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

ЛЕКЦІЯ 10

Читайте также:
  1. ЛЕКЦІЯ 1
  2. ЛЕКЦІЯ 1
  3. ЛЕКЦІЯ 10. ВНУТРІШНЯ ОРГАНІЗАЦІЯ ТА УПРАВЛІННЯ ОРГАНУ ДЕРЖАВНОЇ ВЛАДИ
  4. ЛЕКЦІЯ 11
  5. ЛЕКЦІЯ 12
  6. ЛЕКЦІЯ 12. ЕФЕКТИВНІСТЬ ДЕРЖАВНОГО УПРАВЛІННЯ. ДЕРЖАВНИЙ КОНТРОЛЬ У СФЕРІ ВИКОНАВЧОЇ ВЛАДИ

 

ТЕМА 1.6 КОЛЕКТОРНІ ДВИГУНИ

 

Колекторні двигуни – це двигуни, що можуть працювати, як від мережі змінного, так і від мережі постійного струму. Щоб перетворити постійний струм мережі, у змінний в обмотці якоря, на валу двигуна є механічний інвертор – колектор (при живлені від мережі змінного струму – комутатор секцій). Наявність колектора суттєво ускладнює конструкцію і експлуатаційні показники колекторних двигунів.

1.6.1 СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ ТА КЛАСИФІКАЦІЯ ДВИГУНІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Незважаючи на конструктивну складність двигунів постійного струму в порівнянні з двигунами змінного струму, вони досить широко використовуються в металургійній промисловості, у верстатобудуванні, на транспорті, в системах автоматичного регулювання – скрізь, де необхідно, за умовами виробництва, в значних межах регулювати частоту обертання.

Це пояснюється тим, що такі двигуни мають кращі експлуатаційні характеристики у відношенні регулювання частоти обертання, пуску, зміни напряму обертання (реверсування), а також допускають більш значні перевантаження в порівнянні з двигунами змінного струму.

Широкі межі використання двигунів постійного струму зумовили значний діапазон номінальних потужностей цих двигунів, що складає від кількох ват, в дитячих іграшках, до тисяч кіловат в електроприводах прокатних станів. Номінальною потужністю двигуна є механічна потужність на валу. Ця потужність зазначається в паспортних даних разом з номінальною напругою Uном, номінальним струмом Іном та номінальною частотою обертання nном.

Класифікуються двигуни постійного струму, як і генератори, за способом збудження і поділяються на двигуни магнітоелектричного та електромагнітного збудження (рис. 1.23). Слід зазначити, що на відміну від генераторів, двигуни незалежного і паралельного збудження можна було б розглядати як один тип двигуна, адже нераціонально мати окремі джерела живлення для обмоток збудження та якоря, але в системах регулювання зі зміною напруги в колі якоря, обмотка збудження завжди живиться від незалежного джерела.

Характер збудження двигуна суттєво впливає на характеристики двигуна, а отже, і на сферу його використання. Так двигуни магнітоелектричного збудження, магнітний потік яких створюється постійними магнітами, використовуються, як малопотужні двигуни, в системах автоматики, обчислювальної техніки, а також, в дитячих іграшках та як двигуни середньої потужності в системах з плавним регулюванням швидкості потужністю до 30 кВт. Двигуни послідовного збудження застосовуються як потужні тягові двигуни, в електротранспорті, в приводах металургії тощо. Двигуни паралельного збудження використовуються на електростанціях для приводу механізмів, що потребують широкого і плавного регулювання частоти обертання, а також, для приводу деяких особливо відповідальних резервних механізмів незначної потужності.



 

1.6.2 РІВНЯННЯ ДВИГУНІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

 

Для двигунів, як і для генераторів постійного струму, складаються рівняння струмів, ЕРС, моментів та балансу потужностей.

Рівняння струмів, згідно з першим правилом Кірхгофа, складаються для двигунів паралельного та змішаного збудження. Двигун з послідовним збудженням має однакові струми в обмотках якоря і збудження:

 

І = Іа = Із, (1.70)

 

де І– струм навантаження, тобто струм, що споживається з мережі, А; Іа; Із – струми обмоток якоря та збудження відповідно, А.

Рівняння струмів двигунів паралельного і змішаного збудження аналогічні:

 

І = Іа + Із, (1.71)

та

І = Іа + Із пр, (1.72)

де Із пр. – струм збудження паралельної обмотки збудження, А.

Як відомо, при обертанні якоря в магнітному полі в його обмотці буде створюватись ЕРС Еа. Легко переконатись, скориставшись правилом правої руки, що направлена вона назустріч струму якоря Іа, тому її ще називають протиелектрорушійна сила (проти-ЕРС)(див. 1.1.2). Отже, за другим правилом Кірхгофа для контуру “мережа – обмотка якоря” маємо:

Загрузка...

 

U – Ea = Ia*Ra, (1.73)

 

де U – напруга мережі, прикладена до обмотки якоря, В; Ra – визначається за (1.57), як і у генератора, електричний опір всіх послідовно ввімкнених в коло якоря елементів, включаючи опір контакту “щітка – колектор”, Ом.

Вираз (1.73) представляється, як правило, у вигляді:

 

U = Ea + Ia*Ra, (1.74)

 

який і є рівнянням ЕРС (напруги) двигуна, незалежно від способу його збудження.

Помноживши праву та ліву частини рівняння ЕРС на струм якоря Іа, отримаємо:

 

U*Ia = Ea*Ia + Ia2*Ra, (1.75)

 

де U*Іaелектрична потужність, що підводиться до обмотки якоря з мережі; Ea*Iaелектромагнітна потужність, що чисельно рівна сумарній механічній потужності, яка створюється в двигуні згідно (1.26) та (1.28) Ea*Ia= Мем*w; Ia2*Raелектричні втрати на елементах, ввімкнених в коло якоря, в тому числі, і втрати в контакті “щітка – колектор”.

Електромагнітний момент Мем, щостворюється в двигуні, на відміну від аналогічного моменту в генераторі, є обертовим – саме він обертає не лише ротор двигуна, а і те механічне навантаження, що з’єднане з його валом. При w = const цей момент урівноважується моментом механічного навантаження на валу та моментом, що створюється силами тертя і вихровими струмами – моментом НХ, Нм:

 

Мем = М2 + Мо, (1.76)

 

де М2момент механічного навантаження на валу, Момомент НХ.

При будь-якій зміні кутової частоти обертання (w = var), виникає складова електромагнітного моменту, що йде на розгін чи гальмування обертових мас двигуна та виконавчого механізму. Ця складова називається динамічним моментом Мд:

 

Мд = J*dw/dt, (1.77)

 

де J = т*r2 – момент інерції, кгм2; dw/dt– швидкість зміни кутової частоти обертання; т – маса обертових частин, кг; r – радіус інерції, м. З урахуванням динамічної складової Мд,рівняння (1.76) набуває вигляду:

 

Мем = М2 + Мо + Мд (1.78)

 

Із (1.78) випливає:

– при Мем > М2 + Мо, Мд > 0 і dw/dtw/t> 0. Тобто додатному прирощенню часу dtбуде відповідати додатне прирощення кутової частоти w, отже відбувається розгін обертових мас;

– при Мем < М2 + Мо, Мд < 0 і dw/dtw/t< 0. Тобто додатному прирощенню часу dtбуде відповідати від’ємне прирощення кутової частоти w, отже відбувається гальмування двигуна та сполученого з ним механізму;

– при Мем = М2 + Мо, Мд = 0 і dw/dtw/t= 0. Тобто маємо w = const.

Якщо рівняння моментів (1.76) помножити на частоту обертання (враховуючи, що w = const), то отримаємо рівняння потужностей двигуна:

 

Рем = Р2 + Ро, (1.79)

 

де Р2 – механічна потужність на валу, Вт; Ро – як і у генератора, втрати НХ згідно (1.63) рівні сумі

механічних Рмех, магнітних Рмаг та додаткових втрат Рдод, Вт. Підставивши (1.79) в (1.75), будемо мати:

 

U*Іa = P2 +I2*Ra + Pмех + Рмаг + Рдод. (1.80)

 

Враховуючи (1.71), рівняння (1.80) можна представити як:

 

U*(ІІз) = P2 +I2*Ra + Pмех + Рмаг + Рдод (1.81)

або

U*І= P2 +U*Із+I2*Ra + Pмех + Рмаг + Рдод, (1.82)

 

де U*I = Р1 підведена до двигуна електрична потужність; U*Iз= Рз втрати в обмотці збудженнятобто потужність, що затрачується на збудження :

 

Р1 = P2з +I2*Ra + Pмех + Рмаг, + Рдод (1.83)

 

Це рівняння і є рівнянням балансу потужностей, на основі якого будується енергетична діаграма двигуна постійного струму, що відображує процес перетворення електричної потужності в механічну та втрати, які мають місце при цьому (рис. 1.46).

 

 

1.6.3 ПУСК І РЕГУЛЮВАННЯ ЧАСТОТИ ОБЕРТАННЯ ДВИГУНІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

 

У відповідності з (1.20) кутову частоту обертання двигуна можна виразити як:

 

w = Еа/(k*Ф), (1.84)

 

або враховуючи (1.74):

 

w = (U – Ia*Ra)/(k*Ф), (1.85)

 

тобто кутова частота обертання пропорційна напрузі і зворотно пропорційна магнітному потоку збудження. Фізично це можна пояснити тим, що підвищення (зниження) напруги Uабо зниження (підвищення) потоку викличе збільшення (зменшення) різниці (U – Еа), що в свою чергу, приводить згідно (1.73) до зростання (зниження) струму якоря Іа. Зростаючи (зменшуючись), струм підвищує (знижує) електромагнітний момент Мем (1.25), а так як момент навантаження залишається незмінним, то зростає (знижується) частота обертання. Іншими словами, у двигунах постійного струму всяка зміна частоти обертання w зумовлюється необхідністю підтримки електричної рівноваги в колі якоря.

Вираз (1.85) вказує на можливі шляхи регулювання частоти обертання двигуна постійного струму:

зміною напруги U, яка підводиться до обмотки якоря; при цьому частота обертання може бути зміненою від нуля до 1,15wном [підвищення напруги більше ніж (10 15) % від номінального значення небажане через підвищення напруги між колекторними пластинами і погіршення комутації];

введенням додаткових опорів у коло якоря, що дає можливість змінювати кутову частоту обертання від номінального значення wном до нуля;

зміною магнітного потоку (не може бути реалізованим у двигунів з постійними магнітами), в насиченій машині потік можна лише знижувати і тим самим збільшувати частоту обертання (це досягається зменшенням струму обмотки збудження) від номінальної частоти обертання до (2 – 3) wном. Підвищення частоти обертання більше ніж у (2 – 3) рази обмежене умовами комутації та механічною міцністю обертових частин.

Струм якоря двигуна постійного струму визначиться згідно (1.73) як:

 

Ia =(U – Еа)/Rа (1.86)

 

При незмінних напрузі U таопорі кола якоряRа,струм Іа залежить лише від проти-ЕРС Еа, тому найбільшого значення струм якоря досягає в момент пуску, коли проти-ЕРС в обмотці якоря не створюється, так як w = 0. Отже безпосередньо в момент пуску, пусковий струм двигуна

 

Іпуск = U/Rа (1.87)

 

можна вважати справедливим і для двигунів паралельного та змішаного де Іа пускІпуск, враховуючи що (Іа пуск >> Із).

Загальний опір кола якоря незначний, тому пусковий струм при номінальній напрузі досягає недопустимо великих значень, що в (10 – 20) разів перевищують номінальний струм двигуна. Такий струм дуже небезпечний для двигуна. По-перше, він може викликати круговий вогонь по колектору, по-друге, такий струм викликає значний пусковий момент, який своєю ударною дією може привести до механічного руйнування обертових частин якоря і, нарешті, цей струм викликає значне падіння напруги в мережі, що шкідливо діє на роботу інших споживачів, які ввімкнені в мережу. Враховуючи все це, пуск безпосереднім ввімкненням двигуна в мережу (безреостатний пуск) можна застосувати лише для двигунів потужністю не більше (0,7 – 1,0) кВт. В таких двигунів, завдяки збільшеному опору кола якоря, пусковий струм не перевищує номінальний більше, ніж (3 – 5) раз, що не уявляє небезпеки ні для двигуна, ні для мережі. Що ж стосується двигунів більшої потужності, то при їх пуску, для обмеження пускового струму, слід, згідно (1.87), або знижувати напругу, або збільшувати опір кола якоря.

Пуск на зниженій напрузі застосовується лише в двигунах великої потужності, наприклад, у тягових двигунах електровозів, на момент пуску вони умикаються послідовно, а після пуску – паралельно один другому.

Пуск збільшенням опору в колі ротора досить поширений для двигунів потужністю більше 1 кВт. Такий пуск називається реостатним пуском і здійснюється із застосуванням спеціальних пускових реостатів, що вмикаються послідовно з обмоткою якоря і дозволяють ступінчасте зниження пускового опору від максимального значення [при якому Іпуск = (2 – 3) Іном] до нуля.

Враховуючи, що електромагнітний момент пропорційний основному потоку Ф (1.25), для зниження пускового струму, магнітний потік повинен бути найбільший, а отже обмотки збудження двигунів паралельного і змішаного збудження вмикається в мережу без регулювальних опорів.

Реверсування двигуна (зміна напряму обертання) досягається або зміною напряму струму в обмотці якоря при незмінному напрямі струму в обмотці збудження, або, навпаки, зміною струму в обмотці збудження при незмінному напрямі струму в обмотці якоря. Зміна полярності затискачів двигуна до реверсування не призводить, тому що змінює одночасно напрям струму в обох обмотках.

 

ЦЕ НЕОБХІДНО ЗАПАМ’ЯТАТИ:

– двигун постійного струму обертається під дією моменту електромагнітного, що створюється взаємодією струму якоря та магнітного поля наведеного обмоткою збудження;

– робота двигуна, як і генератора, може бути описана трьома рівняннями: струмів, ЕРС та моментів;

– регулювання частоти обертання двигуна постійного струму можливе в широких межах зміною опору в колі ротора, основного потоку та напруги;

– пусковий струм двигуна необхідно обмежувати або введенням в коло якоря пускового опору, або зниженням підведеної напруги;

Реверсування двигуна постійного струму можна здійснити змінивши полярність затискачів або обмотки якоря, або обмотки збудження, зміна полярності затискачів двигуна не приводить до реверсування.

 


Дата добавления: 2015-07-14; просмотров: 280 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: ЛЕКЦІЯ 1 | ЛЕКЦІЯ 2 | ЛЕКЦІЯ 3 | ЛЕКЦІЯ 4 | САМОСТІЙНА РОБОТА 1 | ЛЕКЦІЯ 5 | Дія поля якоря на основний магнітний потік машини називається реакцією якоря. | ЛЕКЦІЯ 6 | ЛЕКЦІЯ 7 | ЛЕКЦІЯ 9 |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
ДАЙТЕ ВІДПОВІДІ НА ЗАПИТАННЯ| ЛЕКЦІЯ 11

mybiblioteka.su - 2015-2020 год. (0.014 сек.)