Основные эксплуатационные характеристики ГПТ

Свойства ненагруженного генератора описываются характеристикой ХХ. Она представляет собой узкую петлю гестерезиса, но приближенно, но приближённо её изображают кривой намагничивания

Магнитная цепь машины рассчитывается так, чтобы номинальному току возбуждения соответствовала току на середине кривой намагничивания.

При отсутствии тока возбуждения в машине остаётся магнитный поток. Он составляет 1-3% от номинального.

Свойства нагруженных генераторов описываются внешней и регулировочной характеристиками. Их вид зависит от способа возбуждения машины.

В генераторах независимого возбуждения можно плавно регулировать напряжение от 0 дономинального значения изменяя ток возбуждения. Внешняя характеристика генераторов параллельного возбуждения ниже, чем при независимом возбуждении. Это объясняется тем, что ток возбуждения зав-т от напряжения на зажимах генератора и уменьшение напряжения приводит ещё к большому уменьшению тока возбуждения и соответственно ЭДС генератора. При уменьшении сопротивления нагрузки ток нагрузки будет увеличиваться до крит. тока

Iкр=1,5….2,5Iном. При дальнейшем уменьшении сопротивления ток Iн начинает уменьшаться, т.к. уменьшение Iв приводит к размагничиванию генератора. При КЗ машина практически размагничивается и ток КЗ не превышает номинального значения

Генераторы смешанного возбуждения со встречным включением обмоток имеют круто падающую характеристику. Такая характеристика обеспечивает постоянство тока при колебаниях сопротивления цепи, поэтому эти генераторы используют для электродуговой сварки.

Генераторы последовательного возбуждения внешняяхар-ка сходна с хар-кой ХХ. Такие генераторы практически не применяются изза непостоянного выходного напряжения.

Регулировочная характеристика – зависимость тока возбуждения от тока нагрузки. Она зависит от вида внешней характеристики. Чем ниже внешняя, тем выше должна быть регулировочная

24. Трехфазное к.з. на выводах синхронного генератора Для упрощения анализа ПП при КЗ делают следующие допущения:1) до КЗ генератор работает в режиме ХХ2) КЗ происходит в момент времени, когда мгновенное значение ЭДС равна амплитуде: e_f= E_fmПри КЗ в обмотках якоря появляются токи и образуется магнитный поток реакции якоря. При этом реакция якоря является продольной размагничивающей, т.к. сопротивление обмотки якоря имеют в основном индуктивный характер.Магнитный поток якоря проникает в ротор и наводит в обмотке возбуждение и в успокоительной обмотке ЭДС. Ток КЗ в первый момент КЗ будет равен: I_a=E_f/ X_δПроцесс происходящий в обмотке якоря в первый момент КЗ принято называть сверхпереходным процессом. Все величины, относящиеся к этому процессу, называют сверхпереходными (обозначают 2мя штрихами)I''=E_f/ X_d''X_d'' прибл равно X_δ – сверхпереходное индуктивное сопротивление генератора по продольной оси.Сверхпереходной процесс завершается после затухания тока в демпферной (успокоительной) обмотке.Следующий после сверхпереходного период КЗ называется переходным процессом. Он характеризуется уменьшением добавочного потока ∆ψ, вследствии потокового затухания наведённых токов в обмотках ротора. При этом увеличивается размагнич. реакция якоря и внутреннее индуктивное сопротивление машин. Обозначается 1 штрихом. X_d'= X_δ' + X' ˃ X_d''Ток якоря в ПП:I'=E_f/ X_d'ПП завершается после того как полностью затухает индуктированный ток в обмотке возбуждения. При этом ∆ψ уменьшится до нуля.Полное потокосцепление в установившемся режиме КЗψ= ψ_f+ ψ_ad+ ψ_ᵟ

25.Улучшение формы кривой ЭДС в обмотках статора В обмотке фазы кроме ЭДС первой гармоники индуцируется ЭДС от высших гармоник магнитного поля. ЭДС то высших гармоник определяется по формулеE_v=4,44*f_v*w*K_yV*K_pV*Ф_vгде f_ν=ν∙f₁ – частота ν-ой гармоники;Ф_ν – магнитный поток ν-ой гармоники;К_νy, К_рν – соответственно коэффициенты укорочения и распределения для ν-ой гармоники.Число полюсов для ν-ой гармоники в ν раз больше, чем для первой. Поэтому электрические углы сдвига фаз между ЭДС для высших гармоник будут в ν раз больше, чем для первойРезультирующая ЭДС (действующее значение) фазы равно E=√(E₁²+E₃²+E₅²+…+E_v²)Укорочение шага обмотки и распределение ее по пазам приводит к уменьшению ЭДС высших гармоник. При укорочении шага обмотки происходит более резкое уменьшение ЭДС высших гармоникПри увеличении числа пазов на q на полюс и фазу сильно уменьшается коэффициенты распределения К_ρν. Это объясняется тем, что ЭДС катушек катушечных групп для ν-ых гармоник будут сдвинуты относительно друг друга на угол, в ν раз больший, чем для первой гармоники, вследствие чего их геометрическая сумма уменьшается.Кривая результирующей ЭДС обмотки с большимq ближе к синусоиде. Однако при этом машина становится дороже. Обычно q=2…6.При скосе пазов уменьшается ЭДС первой гармоники. Это учитывается коэффициентом скоса К_ск.

26.Улучшение формы кривой ЭДС за счет распределения обмотки Укорочение шага обмотки и распределение ее по пазам приводит к уменьшению ЭДС высших гармоник. При укорочении шага обмотки происходит более резкое уменьшение ЭДС высших гармоник. При укорочении шага на 1/ν часть полюсного деления в кривой ЭДС полностью исчезает ν-ая гармоника. При у=τ_n ЭДС пятой гармоники в проводниках обмотки под противоположными полюсами суммируются (рисунок 14). При у=(4/5)*τ_nЭДС пятой гармоники в проводниках обмотки вычитаются. Поэтому пятая гармоника будет отсутствовать. При этом также уменьшаются ЭДС других гармоник.При выборе шага обмотки стремятся, чтобы были полностью исключены и значительно ослаблены ЭДС наиболее сильно проявляемых гармоник. Это третья, пятая и седьмая гармоники. Третью гармонику в линейной ЭДС обычно уничтожают соединением трехфазной обмотки в звезду. Для ослабления пятой и седьмой гармоник шаг обмотки выбирают в пределах от y=4/5τ_n=0,8τ_nдоy=6/7τ_n=0,86τ_nПри увеличении числа пазов на q на полюс и фазу сильно уменьшается коэффициенты распределения К_ρν. Это объясняется тем, что ЭДС катушек катушечных групп для ν-ых гармоник будут сдвинуты относительно друг друга на угол, в ν раз больший, чем для первой гармоники, вследствие чего их геометрическая сумма уменьшается.Кривая результирующей ЭДС обмотки с большимq ближе к синусоиде. Однако при этом машина становится дороже. Обычно q=2…6.

27.Улучшение кривой ЭДС за счет укорочения шага обмотки Укорочение шага обмотки и распределение ее по пазам приводит к уменьшению ЭДС высших гармоник. При укорочении шага обмотки происходит более резкое уменьшение ЭДС высших гармоник. При укорочении шага на 1/ν часть полюсного деления в кривой ЭДС полностью исчезает ν-ая гармоника. При у=τ_n ЭДС пятой гармоники в проводниках обмотки под противоположными полюсами суммируются (рисунок 14). При у=(4/5)*τ_nЭДС пятой гармоники в проводниках обмотки вычитаются. Поэтому пятая гармоника будет отсутствовать. При этом также уменьшаются ЭДС других гармоник.При выборе шага обмотки стремятся, чтобы были полностью исключены и значительно ослаблены ЭДС наиболее сильно проявляемых гармоник. Это третья, пятая и седьмая гармоники. Третью гармонику в линейной ЭДС обычно уничтожают соединением трехфазной обмотки в звезду. Для ослабления пятой и седьмой гармоник шаг обмотки выбирают в пределах от y=4/5τ_n=0,8τ_n до y=6/7τ_n=0,86τ_nПри увеличении числа пазов на q на полюс и фазу сильно уменьшается коэффициенты распределения К_ρν. Это объясняется тем, что ЭДС катушек катушечных групп для ν-ых гармоник будут сдвинуты относительно друг друга на угол, в ν раз больший, чем для первой гармоники, вследствие чего их геометрическая сумма уменьшается.Кривая результирующей ЭДС обмотки с большимq ближе к синусоиде. Однако при этом машина становится дороже. Обычно q=2…6.

28.Гармоники зубцового порядка и скос пазов. Для уменьшения зубцовых гармоник в кривой ЭДС изменяют скос пазов или скос полюсов. Если скос выполняется на статоре, то он производится на одно зубцовое деление ротора, а если на роторе, то на одно зубцовое деление статора. При скосе пазов можно полностью уничтожить зубцовые гармоники. Физически это можно объяснить тем, что у зубцевых гармоник магнитное поле под зубцом и пазом имеет противоположную полярность. Вследствие этого в отдельных участках проводника, расположенного в скошенном пазу противоположного магнитного провода, индуцируются одинаковые по величине, но противоположно направленные ЭДС. Их сумма равна нулю

29. Принцип действия и устройства машин постоянного тока Основными частями МПТ является 1) якорь2) полюсная система (индуктор)3)коллекторКоллектор – это электромеханический коллектор преобразователь частоты и рода тока.В МПТ индуктор всегда располагается на статоре, якорь вращается в неподвижном магнитном поле индуктора. При этом в проводниках обмотки якоря индуцируется переменное ЭДС, так же как и в синхронном генераторе. Однако напряжение на зажимах машины является постоянной, в связи выпрямлением его с помощью коллектора.Коллектор представляет собой цилиндр собранный из медных пластин трапецеидального сечения. Каждая пластина припаивается к одной секции якорной обмотки и число коллекторных пластин равно секции обмоткиЯкорная обмотка МПТ образует замкнутый контур сумма ЭДС, индуцируемых вдоль этого контура равна нулю, поэтому в режиме ХХ ток в обмотке не возникает

30. Конструкция машин постоянного тока Не­подвижная часть машины постоянного тока называется статором, вращающаяся часть — якорем Статор. Состоит из станины и главных полюсов. Ста­нина служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Станину изготовляют из стали — ма­териала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью Главные полюсы предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения. Главный полюс состоит из сердеч­ника и полюсной катушки Со стороны, обращенной к якорю, сердечник полюса имеет полюсный наконечник, который обеспе­чивает необходимое распределение магнитной индукции в зазоре машины. Якорь. Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника с обмоткой и коллектора. Сердечник якоря имеет шихтованную конструкцию и набирается из штам­пованных пластин тонколистовой электротехнической стали. Обмотку выполняют медным проводом круглого или пря­моугольного сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). Коллектор является одним из сложных узлов машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются пластины трапецеидального сечения из твердотянутой меди, соб­ранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндриче­скую форму

31.Обмотки якоря машин постоянного тока Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уло­женных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору.Элементом обмотки якоря является секция (ка­тушка), присоединенная к двум коллекторным пла­стинам. Расстояние между пазовыми частями секции должно быть равно или мало отличаться от полюс­ного деления τ; τ=πD_a/2pЗдесь D_a — диаметр сердечника якоря, ммОбмотки якоря обычно выполняют двухслой­ными. Они характеризуются следующими парамет­рами: числом секций S; числом пазов (реальных) Z; числом секций, приходящихся на один паз, S_n=S/Z; числом витков секцииw_c; числом пазовых сторон в обмотке N Простая петлевая обмотка якоря. В простой петлевой об­мотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. При укладке секций на сердечнике яко­ря начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей, постепенно перемещаясь при этом по поверхности якоря (и коллектора) так, что за один обход якоря укладывают все секции обмотки. В результате конец последней секции оказывает­ся присоединенным к началу первой секции, т. е. обмотка якоря замыкается. Сложная петле­вая обмотка. При не­обходимости полу­чить петлевую обмот­ку сбольшим числом параллельных ветвей, как это требуется, на­пример, низковольт­ных машинах посто­янного тока, приме­няют сложную петле­вую обмотку. Такая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток, уложенных на одном якоре и присоединен­ных к одному коллектору. Простая волновая обмотка. Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций, находящихся под разными парами полюсов. Концы секций простой волновой обмотки присоединены к коллекторным пластинам, уда­ленным друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору у_к =у. За один обход по якорю укладывают столько секций, сколь­ко пар полюсов имеет машина, при этом конец последней по об­ходу секции присоединяют к пластине, расположенной радом сисходной. Сложная волновая обмотка. Несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенных на одном якоре, образуют сложную волновую обмотку. Комбинированная обмотка. Комбинированная (лягушачья) обмотка представляет собой сочетание петлевой и волновой обмоток, распо­ложенных в одних пазах и присоединенных к общему коллектору

33.Электромагнитный момент Электромагнитный момент. При прохождении по пазовым проводникам обмотки якоря тока i_aна каждом из проводников по­является электромагнитная силаF_ЭМ=B_σl_ii_aСовокупность всех электромагнитных сил F_ЭМна якоре, дейст­вующих на плечо, равное радиусу сердечника якоря (D_a/2), создает на якоре электромагнитный момент М. Выражение электромагнитного момента M=(pN/2πa)*ФI_a=c_MФI_a; где I_a- ток якоря, с_М=pN/(2πα)- величина постоянная для данной машиныЭлектромагнитный момент машины при ее работе в двигательном режиме является вращающим, а при генераторном режиме — тормозящим по отношению к вращающему моменту приводного двигателя. В машинах равной мощности электромагнитный момент больше у машины с меньшей частотой вращения якоря.

41.Двигатели постоянного тока Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном.ЭлектродвигательЭлектродвигатели постоянного тока стоят почти на каждом автомобиле, это стартер, электропривод стеклоочистителя, вентилятор «печки» и др.В роли индуктора выступает статор, на котором расположена обмотка. На неё подаётся постоянный ток, в результате чего вокруг неё создаётся постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, запитанных через коллектор. В результате на них действуют пары сил Ампера, которые вызывают вращающий момент. Направление сил определяется по правилу «буравчика». Однако этот вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, после чего он остановится. Чтобы это предотвратить, используется щёточно-коллекторный узел, выполняющий роль переключателя полюсов и датчика положения ротора (ДПР).

42.Пуск двигателей постоянного тока В начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподви­жен и противо-ЭДС. равна нулю (E = 0). При непосредственном включении двигателя в сеть в обмотке якоря будет протекать чрез­мерно большой ток.I_пуск=U/r_aПоэтому непосредственное включение в сеть допускается толь­ко для двигателей очень малой мощности, у которых падение на­пряжения в якоре представляет относительно большую величину и броски тока не столь велики.В машинах постоянного тока большой мощности падение на­пряжения в обмотке якоря при полной нагрузке составляет не­сколько процентов от номинального напряжения, т. е. I_яr_я=(0,02—0,1)Следовательно, пусковой ток в случае вклю­чения двигателя в сеть с номинальным напря­жением во много раз превышает номинальный (Iпуск) Большой пусковой ток является опасным как для машины, так и для приемника механи­ческой энергии, находящегося на валу двига­теля. При большом токе нагревается обмотка якоря машины и образуется интенсивное искре­ние под щетками, вследствие которого коллек­тор может выйти из строя. На валу двигателя создаются механические удары, так как при большом токе вращающий момент будет также большим.Для ограничения пускового тока исполь­зуют пусковые реостаты, включаемые последо­вательно с якорем двигателя при пуске в ход. Пусковые реостаты представляют собой про­улочные сопротивления, рассчитываемые на кратковременный режим работы, и выполняют­ся ступенчатыми, что дает возможность изменять ток в якоре двигателя в процессе пуска его в ход.

43.Торможение двигателей постоянного тока Виды электрического торможения. Электрические двигатели, как правило, используют не только для вращения механизмов, но и для их торможения. Электрическое торможение позволяет быстро остановить механизм или уменьшить его частоту вра­щения без применения механических тормозов.Различают три вида электрического торможения двигателей постоянного тока: 1) рекуперативное торможение — генера­торное торможение с отдачей электрической энергии в сеть; 2) динамическое или реостатное торможение — генераторное торможение с гашением выработанной энергии в реостате, подключенном к обмотке якоря; 3) электромагнитное тормо­жение — торможение противовключением.Во всех указанных режимах электромагнитный момент М воздействует на якорь в направлении, противоположном и, т. е. является тормозным. Рекуперативное торможение. Двигатель с параллельным возбуждением переходит в режим рекуперативного торможения при увеличении его частоты вращения. В этом случае ЭДС машины становится больше напряжения сети и ток изменяет свое направление, т. е. двигатель переходит в генераторный режим. В этом режиме машина создает тормозной момент, а выработанная электрическая энергия отдается в сеть и может быть полезно использована. Динамическое торможение. При этом виде торможения двигателя с параллельным возбуждением обмотку якоря отключают от сети и присоединяют к ней реостат. При этом машина работает как генератор, создает тормозной момент, но выработанная электрическая энергия бесполезно гасится в реостате. Регулирование тока, т. е. тормозного момента М, осуществляют путем изменения сопротивленияподключенного к обмотке якоря Электромагнитное торможение. В этом режиме изменяют направление электромагнитного момента М, сохраняя неизменным направление тока из сети, т. е. момент делают тормозным. Последнее осуществляют так же, как и при изменении направления вращения двигателя — путем переключения проводов, подводящих ток к обмотке якоря или к обмотке возбужденияЧтобы ограничить значение тока в этом режиме, в цепь обмотки якоря вводят добавочное сопротивление. Регулирование тока, т. е. тормозного момента М, осуществляют путем изменения сопротивления.

45.Регулирование частоты вращения ДТП Регулирование частоты вращения возможно 3-ся способами -реостатный, т.е. изменение сопротивления в цепи якоря-полюсный, т.е. изменение магнитного потока полюса-якорный, т.е. изменение напряжения подводимого к якорю Реостатное регулирование осущ-т введением реостата в цепь якоря. При этом механическаяхар-ка становится круто падающей. Данный метод позволяет регулировать частоту вращения только в сторону уменьшения Полюсное регулирование осущ-ся изменением магнитного потока за счет регул-я тока возбуждения с помощью реостата в цепи возбужденияПри работе Д в режиме х.х. или с малой нагрузкой и значительным уменьшением магнитного потока, частота вращения резко увеличится, что может привести к повреждению Д. При нагрузке близкой к номинальной полюсное регулирование применять нельзя, т.к. с уменьшением магнитного потока ток якоря превысит номинальное значение, поэтому регулирование можно производить лишь в области расположенной выше естественной хар-ки, т.е. в сторону увеличения частоты вращения. Якорное регулирование, осуществляется при независимом возбуждении. На якорь подается питание от регулируемого источника напряжения. Реостат при этом не нужен. Поэтому якорное регулирование является самым экономичным, т.е. имеет наиболее высокийк.п.д.

48.Вентильные двигатели Вентильные Д являются разновидностью ДПТ, у которых коллекторно-щеточный узел заменен, бесконтактным полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения. При замене мех-го коммутатора полупроводниковым ДТП становится более надежным и долговечным, создает меньше радиопомех и может применяться для работы в агрессивных и взрывоопасных средахВентильный Д состоит из 3х функционально связанных между собой частей:-ЭМП- электромеханический преобразователь-Полупроводниковый коммутатор-Система управления с датчиком положения ротора (СУ с ДПР)Чтобы исключить скользящий контакт в цепи якоря, для вентильных Д обычно применяют обращенную конструкцию машины постоянного тока, поэтому конструктивно Д не отличается от обычной синхронной машины. Полупроводниковый коммутатор выполняется на базе управляемых вентилей, поэтому Д называется вентильным. Управление вентилем осуществляется с помощью СУ, реагирующим на сигнал датчика ДПРСкорость вращения ротора зависит от режима работы, поэтому вентильный Д, не смотря на синхронное вращение ротора и магнитного поля не обладает свойствами СД

49.Коллекторные машины переменного тока По принципу действия коллекторная машина переменного тока является асинхронной, т.к. скорость вращения ротора отличается от синхронной скорости. С помощью щеточно-коллекторного устройства во вторичную цепь машины вводится добавочная ЭДС имеющая частоту скольжения f_s. Введение этой ЭДС позволяет широко и плавно регулировать частоту вращения Д. При этом во всем диапазоне регулирования мощность скольжения полезно реализуется и получается высокий КПД и cosφ. Наряду с этими преимуществами рассматриваемый Д имеет след-е недостатки-мощность и диапазон регулирования ограничивается условиями коммутации-Устройство этих Д сложнее чем у АД и ДПТ. Это усложняет их эксплуатацию и снижает надежность-стоимость 3х фазных коллекторных ДПТ в 1,5-2 раза выше стоимости ДПТ и в 3-5 раз выше стоимости АДОднофазные Д обычно с последовательным возбуждением имеют такое же устройство как и ДПТ.