Тема: Исследование генератора постоянного тока независимого               возбуждения

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 13

Тема: Исследование генератора постоянного тока независимого               возбуждения

Цель: Изучить устройство, принцип действия и технические параметры генератора постоянного тока независимого возбуждения

Задание

 

1. Зарисовать схему включения.

2. Рассчитать основные параметры генератора постоянного тока независимого возбуждения.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

В зависимости от схемы включения обмотки возбуждения различают генераторы параллельного, последовательного, смешанного и независимого возбуждения.

В генераторе постоянного тока с независимым возбуждением обмотка возбуждения не связана электрически с якорной обмоткой. Она питается постоянным током от внешнего источника электрической энергии, например от аккумуляторной батареи; мощные генераторы имеют на общем валу небольшой генератор-возбудитель. Ток возбуждения I _в не зависит от тока якоря I _я, который равен току нагрузки I _н. Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1…3 % от номинального тока якоря. Последовательно с обмоткой возбуждения подключен регулировочный реостат (реостат возбуждения). Он изменяет величину тока возбуждения I _в, тем самым регулируется электродвижущая сила Е.

Рисунок 13.1 – Схема генератора постоянного тока независимого возбуждения

Для генератора независимого возбуждения, схема которого показана на рисунке 13.1, ЭДС

 

Е = U  + r _я I _я

 

При номинальном режиме

 

I _я = I _н   и U  = U _н

КПД генератора равен отношению мощности отдаваемой к мощности потребляемой

где Σ P   - суммарные потери мощности генератора;

P ₁   - мощность, передаваемая генератору от привода;

Р ₂ - полезная мощность генератора, отдаваемая в сеть нагрузки.

Мощность генератора

К потерям мощности генератора относят электрические потери в обмотках якоря Р _аи возбуждения Р _в,механические потери и потери в стали. Электромагнитная мощность генератора

Р _эм = I _я Е

Задача

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением используется для питания цепей автоматики станка с программным управлением, которые требуют постоянного напряжения. Генератор работает в номинальном режиме и отдает полезную мощность Р _ном2 при напряжении на зажимах U _ном,развивая ЭДС Е. Мощность первичного двигателя, вращающего генератор, равна Р ₁. Генератор отдает во внешнюю цепь ток нагрузки, равный току якоря I _ном = I _я;ток в обмотке возбуждения I _в. Сопротивление нагрузки равно R _н. Сопротивление обмотки якоря R _a,обмотки возбуждения R _в. Напряжение на обмотке возбуждения U _в.КПД генератора равен η _ном. Электрические потери в обмотке якоря Р _а,в обмотке возбуждения Р _в. Суммарные потери в генераторе равны Σ Р, Схема генератора приведена на рисунке 13.1. Используя данные, приведенные в таблице 13.1, определить все величины, отмеченные прочерками в таблице вариантов.

 

 

Таблица 13.1 – Исходные данные к задаче

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р ном2, кВт	32	-	230	-	-	-	-	110	19	99
U ном, В	230	460	-	230	230	230	230	-	115	-
Е, В	-	-	243	-	233,6	-	-	-	-	-
Р 1, кВт	-	110	-	40	-	-	-	-	23	-
I ном, А	-	-	-	-	139	826	1000	478	-	-
R н, Ом	-	-	0,23	-	-	-	-	-	-	2,14
R а, Ом	0,026	0,054	-	0,07	-	0,006	0,013	-	0,13	-
R в, Ом	46	-	-	100	-	18,5	11,5	44,5	110	46
U в, В	115	230	115	-	115	230	115	230	-	230
η ном	0,87	0,90	-	-	-	-	0,90	0,90	-	-
Р а, Вт	-	-	-	-	-	-	-	1140	-	2500
Р в, Вт	-	1150	1150	132	287	-	-	-	110	-
Σ Р, кВт	-	-	24	5	4,8	15	-	-	-	11
I в, А	-	1,15	1,0	2,3	1,15	-	-	-	1,0	-

 

Контрольные вопросы

1. Перечислите способы возбуждения генераторов постоянного тока.

2. От чего зависит величина ЭДС, индуцируемой в генераторе постоянного тока?

3. От чего зависит напряжение на зажимах генератора?

4. Как определить ток нагрузки генератора постоянного тока независимого возбуждения?

5. Чем определяются потери энергии генератора постоянного тока?

6. Как зависят от нагрузки генератора механические потери, потери в стали, потери в меди, потери в щеточном контакте?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 14

Задание

 

1. Зарисовать схему включения.

2. Рассчитать основные параметры генератора постоянного тока параллельного возбуждения.

3. Ответить  на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

В генераторе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря. Для нормальной работы потребителей электроэнергии необходимо поддерживать постоянство напряжения на зажимах генератора, несмотря на изменение общей нагрузки. Это осуществляется посредством регулирования тока возбуждения.

Реостаты возбуждения имеют, как правило, холостые контакты, при помощи которых можно осуществить короткое замыкание обмотки возбуждения «на себя». Это необходимо при отключении обмотки возбуждения. Если выключить обмотку возбуждения путём разрыва её цепи, то исчезающее магнитное поле создаст очень большую ЭДС самоиндукции, способную пробить изоляцию обмотки и вывести генератор из строя. При коротком замыкании обмотки возбуждения при её отключении энергия исчезающего магнитного поля переходит в тепло, не причиняя вреда обмотке возбуждения, так как ЭДС самоиндукции не превысит номинального напряжения на зажимах генератора.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением сам питает свою обмотку возбуждения и не нуждается в постороннем источнике электрической энергии. Самовозбуждение генератора возможно только при наличии остаточного магнетизма в сердечниках электромагнитов, поэтому они изготавливаются из литой стали и после прекращения работы генератора сохраняется остаточный магнетизм. Так как обмотка возбуждения подключена к его зажимам, то в ней при вращении якоря в его обмотке потоком остаточного магнетизма индуктируется ЭДС Е _ост, и по обмотке возбуждения начинает протекать ток. Если обмотка возбуждения включена правильно, так, что её магнитный поток Ф направлен «попутно» с магнитным потоком остаточного магнетизма, то суммарный магнитный поток возрастает, увеличивая ЭДС Е, магнитный поток Ф и ток возбуждения I _в. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с I _в = const. E = const, зависящими от величины сопротивления R = const цепи возбуждения.

Однако процесс нарастания электродвижущей силы E генератора (процесс самовозбуждения генератора) не прогрессирует, то есть ЭДС генератора не возрастает неограниченно. Всякий раз рост индуктированной ЭДС генератора ограничен тем или иным пределом. Для этого необходимо рассмотреть характеристику холостого хода генератора.

Для генератора параллельного возбуждения, схема которого показана на рисунке 14.1, ЭДС

Е = U + r _я I _я

Для генератора параллельного возбуждения

 

I _я = I _н + I _в

КПД генератора равен отношению мощности отдаваемой к мощности потребляемой

где Σ P - суммарные потери мощности генератора;

P ₁ - мощность, передаваемая генератору от привода;

Р ₂ - полезная мощность генератора, отдаваемая в сеть нагрузки.

К потерям мощности генератора относят электрические потери в обмотках якоря Р _аи возбуждения Р _в,механические потери и потери в стали. Электромагнитная мощность генератора

Р _эм = I _я Е

 

Рисунок 14.1– Схема генератора постоянного тока параллельного возбуждения

 

Задача

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением отдает полезную мощность Р ₂при номинальном напряжении U _ном. Сила тока в нагрузке равна I _ном, ток в цепи якоря I _а,в обмотке возбуждения I _в. Сопротивление цепи якоря равно R _a,обмотки возбуждения R _в. Генератор развивает ЭДС Е. Электромагнитная мощность равна Р _эм. Мощность, затрачиваемая на вращение генератора, равна Р ₁.Суммарные потери мощности в генераторе составляют Σ P при коэффициенте полезного действия η_г. Потери мощности в обмотках якоря и возбуждения соответственно равны Р _аи Р _в. Схема генератора дана на рисунке 14.1. Используя данные, приведенные в таблице 14.1, определить все величины, отмеченные прочерками в таблице вариантов.

 

Таблица 14.1 – Исходные данные к задаче

 

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р ном2, кВт	-	20,65	2	11,8	-	-	-	-	-	21,56
U ном, В	220	-	-	-	220	115	430	-	-	220
I ном, А	98	48	-	102,6	-	-	-	17,4	-	-
I в, А	-	-	2,9	-	-	-	-	-	2	-
I а, А	-	-	-	-	100	-	50	20,3	-	-
R а, Ом	0,15	0,2	-	-	-	0,07	-	0,25	-	-
R в, Ом	110	-	-	-	110	18,9	215	-	-	-
Е, В	-	440	120	-	235	122,6	-	-	-	-
Р эм, кВт	-	-	-	-	-	-	22	-	-	-
Р 1, кВт	-	-	2,55	14	25,36	-	-	-	23,45	-
Σ Р, кВт	-	2,8	-	-	-	2,2	-	0,55	2,8	-
η г	0,85	-	-	-	-	-	0,88	0,78	-	0,85
Р а, Вт	-	-	-	825	-	-	-	-	500	1500
Р в, Вт	-	-	-	690	-	-	-	-	860	440

 

Контрольные вопросы

1. Какие характеристики определяют свойства генераторов постоянного тока?

2. Каковы условия самовозбуждения генераторов постоянного тока?

3. Почему у генератора параллельного возбуждения изменение напряжения при сбросе нагрузки больше, чем у генератора независимого возбуждения?

4. Что необходимо сделать для того, чтобы магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, направить согласно с остаточным магнитным потоком.

5. Почему нельзя получить характеристику короткого замыкания у генератора параллельного возбуждения?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 15

Задание

 

1. Зарисовать схему включения.

2. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Генератор смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения: параллельную Вш и последовательную Вс (рисунок 15-1). Магнитный поток, соответствующий номинальному напряжению на зажимах генератора при холостом ходе, обычно создается параллельной обмоткой возбуждения. Последовательную обмотку возбуждения рассчитывают таким образом, что ее намагничивающая сила компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря при номинальной нагрузке, т. е. обеспечивает автоматическую стабилизацию напряжения в этих пределах.

 

Рисунок 15.1 -  Схема генератора смешанного возбуждения

 

 

Генераторы смешанного возбуждения при встречном включении обмоток применяются относительно редко. У этих генераторов последовательная обмотка будет создавать МДС, направленную так же, как и МДС размагничивающей составляющей реакции якоря.

Генератор смешанного возбуждения самовозбуждается так же, как и генератор параллельного возбуждения,(Условия самовозбуждения генератора)

1. Наличие остаточного магнитного потока

2. Правильное подключение обмотки возбуждения. Магнитный поток, должен совпадать по направлению с остаточным

3. Сопротивление в цепи возбуждения должно быть меньше некоторого критического

4. Скорость вращения якоря должна быть больше некоторой критической

и их х.х.х. аналогичны. Х.к.з можно снять только при питании параллельной обмотки возбуждения от постороннего источника, если действие последовательной обмотки является встречным, так как при согласном действии обмоток возбуждения возникает недопустимо большой ток К.З.

 

Контрольные вопросы

1. Какие характеристики определяют свойства генераторов постоянного тока?

2. Каковы условия самовозбуждения генераторов постоянного тока?

3. Почему у генератора параллельного возбуждения изменение напряжения при сбросе нагрузки больше, чем у генератора независимого возбуждения?

4. Что необходимо сделать для того, чтобы магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, направить согласно с остаточным магнитным потоком.

5. Почему нельзя получить характеристику короткого замыкания у генератора параллельного возбуждения?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 16

Задание

 

1. Зарисовать схему включения.

2. Рассчитать основные параметры двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

3. Ответить на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

Машина постоянного тока с независимым или параллельным возбуждением, подключенная к сети с постоянным напряжением, может работать как в генераторном, так и в двигательном режиме и переходить из одного режима работы в другой.

Различают три типа двигателей постоянного тока:

- с параллельным возбуждением;

- с последовательным возбуждением;

- со смешанным возбуждением.

В отличие от генераторов, в которых ток якоря образуется за счет остаточного магнитного потока, вызывающего появление остаточной ЭДС, в двигателях ток якоря создается внешним источником и направлен он против ЭДС.

Для двигателя параллельного возбуждения, схема которого приведена на рисунке 9.1, справедливы соотношения:

 

U _н = E _н = r _я I _я,

 

где Е _н - противо-ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря при номинальной скорости вращения.

I _н = I _я + I _в,

 

Номинальный ток якоря определяется выражением:

 

I _я = (U _н- E _н) / r _я

 

В момент пуска n = 0, следовательно и Е = 0, поэтому пусковой ток якоря будет чрезмерно большим. Для его ограничения последовательно с якорем включают пусковой реостат r _пуск, тогда

 

I _{я пуск} = U _н / (r _я + r _пуск)

 

Мощность, потребляемая двигателем из сети

P ₁ = I _н U _н,

           

где I _н - номинальный ток двигателя,

U _н - номинальное напряжение сети.

Вращающий электромагнитный момент двигателя при номинальном режиме

,

 

Рисунок 16.1 – Схема двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

 

 

Задача

Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, работая в номинальном режиме, отдает полезную мощность на валу Р _ном2, развивая при этом номинальный момент М _ном при частоте вращения n _ном. Двигатель потребляет из сети номинальный ток I _пом при напряжении U _ном. Ток в обмотке якоря I _а, в обмотке возбуждения I _в. Потребляемая из сети мощность равна P ₁. Суммарные потери мощности в двигателе составляют Σ P, коэффициент полезного действия η _дв. Схема двигателя приведена на рисунке 9.1. Используя данные, приведенные в таблице 9.1, определить все величины, отмеченные прочерками в таблице вариантов.

 

 

Таблица 16.1 – Исходные данные к задаче

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р ном2, кВт	22	-	11	30	12	-	-	-	30	3,6
М ном Нм	-	28,56	-	191	-	213	200	78,4	-	-
n ном, об/мин	985	-	1340	-	750	-	1433	-	1433	1200
I ном, А	113,6	-	-	79,5	-	-	159	56,8	-	18,8
U ном, В	-	220	220	-	220	220	-	-	220	-
I а, А	-	18	-	-	-	108	-	55,7	150	-
I в, А	5,6	-	1,1	2,5	1,5	-	9,0	-	-	0,8
Р 1, кВт	25,0	4,14	12,5	35,0	-	-	34,9	-	-	-
Σ Р, кВт	-	-	--	-	-	3,0	-	1,5	4,9	0,54
η дв	-	0,87	-	-	0,8	0,88	-	0,88	-	-

 

Контрольные вопросы

1. Перечислите способы возбуждения двигателей постоянного тока.

2. Что относится к пусковым свойствам двигателя постоянного тока? Как их
улучшают?

3. От чего зависит скорость вращения двигателя постоянного тока?

4. Как определить величину вращающего момента электродвигателя?

5. Что определяют понятия «кратность пускового тока», «кратность
пускового момента»? Как рассчитываются эти величины?

6. Как определить мощность потерь двигателя постоянного тока?

7. Как рассчитывается КПД двигателя постоянного тока?

8. Изобразите энергетическую диаграмму двигателя постоянного тока.

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 17

Задание

 

1. Зарисовать схему включения.

2. Рассчитать основные параметры двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

3. Ответить на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

Схема включения в сеть двигателей постоянного тока последовательного возбуждения показана на рисунке 17.1. Здесь ток якоря является в то же время и током возбуждения, и потому пусковой реостат R _пуск изменяет и ток в якоре, и ток в обмотке возбуждения. При холостом ходе или очень малых нагрузках ток в якоре, как мы знаем, должен быть очень мал, т. е. индуцированная э. д. с. Е _i должна быть почти равна напряжению сети. Но при очень малом токе через якорь и обмотку возбуждения слабо и поле обмотки возбуждения. Поэтому при малой нагрузке необходимая э. д. с. может быть получена только за счет очень большой частоты вращения двигателя. Вследствие этого при очень малых токах (малой нагрузке) частота вращения двигателя с последовательным возбуждением становится настолько большой, что это может стать опасным с точки зрения механической прочности двигателя.

Говорят, что двигатель идет «вразнос». Это недопустимо, и поэтому двигатели с последовательным возбуждением нельзя пускать в ход без нагрузки или с малой нагрузкой (меньшей 20…25 % от нормальной мощности двигателя). По этой же причине не рекомендуется соединять эти двигатели со станками или другими машинами ременными или канатными передачами, так как обрыв или случайный сброс ремня приведет к «разносу» двигателя. Таким образом, в двигателях с последовательным возбуждением при возрастании нагрузки увеличиваются ток в якоре и магнитное поле индуктора; поэтому частота вращения двигателя резко падает, а развиваемый им вращающий момент резко возрастает.

Эти свойства двигателей с последовательным возбуждением делают их наиболее удобными для применения на транспорте (трамваи, троллейбусы, электропоезда) и в подъемных устройствах (кранах), так как в этих случаях необходимо иметь в момент пуска при очень большой нагрузке большие вращающие моменты при малых частотах вращения, а при меньших нагрузках (на нормальном ходу) меньшие моменты и большие частоты.

Напряжение на зажимах двигателя:

 

U = Е + r _я I _я

Для двигателя последовательного возбуждения

 

I _я = I _н = I _в

КПД двигателя равен отношению мощности отдаваемой к мощности потребляемой

где Σ P - суммарные потери мощности генератора;

P ₁ - мощность, передаваемая генератору от привода;

Р ₂ - полезная мощность генератора, отдаваемая в сеть нагрузки.

К потерям мощности двигателя относят электрические потери в обмотках якоря Р _аи возбуждения Р _в,механические потери и потери в стали. Электромагнитная мощность двигателя

Р _эм = I _я Е

Мощность, подводимая к двигателю:

P ₁ = I _н U _н,

           

где I _н - номинальный ток двигателя,

U _н - номинальное напряжение сети.

Вращающий электромагнитный момент двигателя при номинальном режиме

Рисунок 17.1 – Схема двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Задача

Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением отдает полезную мощность Р ₂ и потребляет из сети мощность P ₁при напряжении U _ном. Двигатель развивает полезный момент М при частоте вращения якоря п. Сила тока в цепи якоря равна I, противо-ЭДС в обмотке якоря Е. Потери мощности в обмотках якоря и возбуждения равны Р _а. Сопротивление обмоток якоря и возбуждения R _a + R _пc. В момент пуска двигатель потребляет из сети пусковой ток I _п. Коэффициент полезного действия двигателя равен η _дв. Схема двигателя приведена на рисунке 17.1. Используя данные, приведенные в таблице 17.1, определить все величины, отмеченные прочерками в таблице вариантов.

 

Таблица 17.1 – Исходные данные к задаче

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р ном2, кВт	44,0	-	-	21,0	-	-	-	-	5,0	10,0
Р 1, кВт	51,3	-	4,5	-	10	-	11	-	6,7	-
U ном, В	-	110	-	250	-	220	110	440	440	-
М ном Нм	296	35	20	310	48	-	79,5	880	-	-
n ном об/мин	-	-	1800	-	1600	1200	-	510	1030	1200
I ном, А	205	39	-	-	45,5	33	-	-	-	100
Е, В	-	-	-	-	208	-	-	-	417	-
Р а, А	2270	300	-	-	-	-	800	-	-	-
R a + R пc, Ом	-	-	0,55	0,13	-	0,74	-	0,054	-	0,08
I п, А	-	-	400	-	-	-	-	-	-	-
η дв	-	0,85	-	0,84	-	0,76	0,91	0,78	-	0,905

 

Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к пуску ДПТ последовательного возбуждения?

2.  Поясните, как осуществляется пуск ДПТ последовательного возбуждения.

3.  Перечислите, какие характеристики ДПТ называются рабочими и при соблюдении каких условий они получаются.

4. Каким образом регулируют ток возбуждения в двигателе последовательного возбуждения?

5. Какие способы регулирования частоты вращения применяются в двигателях последовательного возбуждения?

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 18

Задание

 

1. Зарисовать схему включения.

2. Ответить на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

 

Двигатель смешанного возбуждения нашел наибольшее распространение в качестве привода агрегатов. Он имеет две обмотки возбуждения: параллельную (ШОВ) и последовательную (СОВ) (рисунок 18.1). Частота вращения вала этого двигателя определяется с учетом того, что:

Ф = Ф1 ± Ф2,

где Ф1 и Ф2 – соответственно потоки параллельной и последовательной обмоток возбуждения, Вб. Знак «+» соответствует согласному включению обмоток возбуждения (МДС обмоток складываются). В этом случае с увеличением нагрузки общий магнитный поток машины увеличивается (за счет потока последовательной обмотки Ф2), что ведет к уменьшению частоты вращения якоря. При встречном включении обмоток поток Ф2 при увеличении нагрузки размагничивает машину (знак «-»), что, наоборот, увеличивает частоту вращения. Работа двигателя при этом становится неустойчивой, так как с увеличением нагрузки частота вращения неограниченно возрастает. Однако при небольшом числе витков последовательной обмотки с увеличением нагрузки частота вращения не возрастает и во всем диапазоне нагрузок остается практически неизменной. Механические характеристики двигателя смешанного возбуждения при согласном включении обмоток возбуждения (рисунок 18.2) в сравнении с механическими характеристиками двигателя последовательного возбуждения имеют более жесткую характеристику.

Рисунок 18.1 -  Схема включения двигателя смешанного возбуждения.

Двигатель смешанного возбуждения имеет ряд преимуществ по сравнению с двигателем последовательного возбуждения. Например, этот двигатель может работать вхолостую, так как поток параллельной обмотки Ф ограничивает частоту вращения якоря в режиме холостого хода и устраняет опасность «разноса». Регулирование частоты вращения осуществляется реостатом Rpг в цепи параллельной обмотки возбуждения. Однако наличие двух обмоток возбуждения увеличивает стоимость изготовления двигателя смешанного возбуждения по сравнению с двигателями предыдущих типов, что ограничивает его применение.

Рисунок 18.2 -  Рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения.

Контрольные вопросы

1.Какие требования предъявляются к пуску ДПТ смешанного возбуждения?

2.Поясните, как осуществляется пуск ДПТ смешанного возбуждения.

3.  Перечислите, какие характеристики ДПТ называются рабочими и при соблюдении каких условий они получаются.

4.Каким образом регулируют ток возбуждения в двигателе смешанного возбуждения?

5.Какие способы регулирования частоты вращения применяются в двигателях смешанного возбуждения?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 19

Задание

 

1. Зарисовать схему включения.

2. Ответить на контрольные вопросы.

В машинах постоянного тока, как и в других электрических машинах, имеют место

1.магнитные

2.электрические

3.механические потери

 (составляющие группу основных потерь)

4. добавочные потери.

Магнитные потери Рм происходят только в сердечнике якоря, так как только этот элемент магнитопровода машины постоянного тока подвергается перемагничиванию.

    Величина магнитных потерь, состоящих из потерь от гистерезиса и потерь от вихревых токов, зависит от частоты перемагничивания             значений магнитной индукции в зубцах и спинке якоря, толщины листов электротехнической стали, ее магнитных свойств и качества изоляции этих листов в пакете якоря.

Электрические потери в коллекторной машине постоянного тока обусловлены нагревом обмоток и щеточного контакта.

    Потери в цепи возбуждения определяются потерями в обмотке возбуждения и в реостате, включенном в цепь возбуждения:

Потери в обмотках цепи якоря

 

Электрические потери также имеют место и в контакте щеток:

Электрические потери в цепи якоря и в щеточном контакте зависят от нагрузки машины, поэтому эти потери называют переменными.

Механические потери. В машине постоянного тока механические потери складываются из потерь от трения щеток о коллектор, трения в подшипниках и на вентиляцию

 

Механические и магнитные потери при стабильной частоте вращения можно считать постоянными.

Сумма магнитных и механических потерь составляют потери х.х.:

Добавочные потери составляют хотя и небольшую, но не поддающуюся точному учету величину.

Поэтому, согласно ГОСТу, в машинах без компенсационной обмотки значение добавочных потерь принимают равным 1% от полезной мощности для генераторов или 1% от подводимой мощности для двигателей.

В машинах с компенсационной обмоткой значение добавочных потерь прини­мают равным соответственно 0,5%.

Коэффициент полезного действия. Коэффициент полезного действия электрической машины представляет собой отношение мощностей отдаваемой (полезной) Р2 к подводимой (потребляемой) Р1

 

Рисунок 19.1 -  Схема включения универсального МПТ

Контрольные вопросы

1. Виды потерь в МПТ.

2. Потери холостого хода. От чего они зависят?

3. Электрические и добавочные потери.

4. Методы экспериментального определения КПД?

5. Сущность метода отдельных потерь?

6. Как осуществляется определение КПД по методу холостого хода двигателя?

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 20

Задание

 

3. Зарисовать схему включения.

4. Ответить на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

 

 Универсальныйколлекторныйдвигатель (УКД) - разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном и на переменном токе.

Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, легкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.

Секционирование обмотки возбуждения вызвано необходимостью изменения числа витков обмотки возбуждения с целью сближения рабочих характеристик при работе электродвигателя от сетей постоянного и переменного тока

В настоящее время универсальные коллекторные электродвигатели выполняют только с последовательным возбуждением

 

Возможность работы универсального двигателя от сети переменного тока объясняется тем, что при изменении полярности подводимого напряжения изменяются направления токов в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. При этом изменение полярности полюсов статора практически совпадает с изменением направления тока в обмотке якоря. В итоге направление электромагнитного вращающего момента не изменяется:

,

· где M — электромагнитный момент, Н∙м,

· – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,

· – ток в обмотке якоря, А,

· Ф — основной магнитный поток, Вб.

 

Коэффициент полезного действия универсального двигателя при его работе от сети переменного тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации, вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.

Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи, повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000 об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц равна 3000 об/мин)

УКД реверсируется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

 

Рисунок 20.1 -  Схема включения универсального коллекторного двигателя

 

Контрольные вопросы

1. С какой целью магнитную систему универсального двигателя делают шихтованной?

2. Почему при включении универсального дви