Принцип действия машины постоянного тока

Студенты должны знать: назначенин,устройство,область применения машин порстоянного тока.

Лекция

Министерство образования и науки Российской Федерации

Система планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта (ПНР).

Комплекс организационно-технических мероприятий, проводимых в плановом порядке для обеспечения работоспособности машин, в том числе и безопасности, в течение всего срока их службы называется система планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта (ПНР).

Система ППР предусматривает проведение:

- технического обслуживания (ТО), которое включает в себя:

- ежесменное (ЕО);

- периодическое (ТО-1, ТО-2, ТО-3) (после определённого количества отработанного времени, устанавливаемое заводом-изготовителем);

- сезонное (СО);

-очень важно использовать диагностический осмотр с использованием спецсредств;

- хранение с периодически повторяемой консервацией;

- технический ремонт (Т), который осуществляется в плановые сроки, а иногда по потребности (после диагностического осмотра). Основной метод текущего ремонта агрегатно-узловой. Агрегаты и узлы, вышедшие из строя, отправляются в мастерскую, где их заменят на новые или исправленные с других машин;

- капитальный ремонт (К) осуществляется в плановом порядке и по потребности централизованно на специальных ремонтных заводах. Бывает: не обезличенный, т.е. ремонтируется и возвращается привезённые агрегаты; обезличенный, когда изношенные узлы и агрегаты заменяются на ранее отремонтированные с других машин (такой метод называется агрегатным). Интенсивное использование машин и всё увеличивающееся их количество, разнообразие и сложность обусловило в последнее время сосредоточение их в специализированных организациях, специализированных трестах, управлениях механизации и участках малой механизации.

В этих организациях стационарные службы ТО и ремонта легче создать и они экономически себя оправдывают. Но большое количество работ по ТО выполняют на рабочем месте, используя мобильные средства - передвижные станции технического обслуживания и передвижные ремонтные мастерские. В крупных специализированных организациях они специализируются по типам машин. В небольших организациях, имеющих мало машин, механизмов и ручных машин создаётся отдел главного механика с необходимым количеством ИТР (включая участковых механиков), различных специальностей рабочих: станочники, слесари, электрики, сварщики и т.п. и необходимого оборудования, размещаемого в стационарных или передвижных мастерских.

Механизированный инструмент (ручные машины) рекомендуется передавать рабочим-строителям через:

- ПИРП (передвижной инструментально раздаточный пункт);

- БИРК (бригадная инструментально-раздаточная кладовая);

- МИРП (инструментально-раздаточная передвижная мастерская), где по мере необходимости и возможности делают текущий и аварийный ремонт, а также диагностику состояния машины.

Ремонт строительных машин может производиться:

- передвижными ремонтными мастерскими (на базе автомобилей);

- в мастерских и гаражах ОГМ строительных организаций;

- на ремонтно-механических заводах строительной техники или аналогичных (капитальный ремонт);

-в цехах и гаражах управлений механизации организациях Строймеханизации;

- в инвентарных сборно-разборных мастерских управлений механизации или участков малой механизации (текущий и капитальный ремонт) на отдалённых от баз строительных площадках (крупных, с большим количеством машин).

3. Основы обеспечения охраны труда и окружающей среды при эксплуатации машин.

Составной частью технической и производственной эксплуатации машин является обеспечение безопасности работы, охраны труда обслуживающего персонала и охраны окружающей среды.

Всё это регламентируется:

- трудовым законодательством;

- системой стандартов;

- СНиПами;

- ведомственными нормативами.

За состоянием охраны труда и соблюдением регламентирующих документов ведётся надзор и контроль государственный и ведомственный.

В государственный контроль входят (их деятельность независима от администрации предприятия):

- прокуратура (общий);

- Госгортехнадзор (грузоподъёмные краны, лифты, сосуды, работающие под давлением, взрывные работы);

- Госавтоинспекция (автомобили, все что на базе автомобиля); -Госэнергонадзор (энергетические установки, электрические и теплоиспользующие установки, рациональное использование электро-, тепло- и т.п. энергии);

- Госсаннадзор (соблюдение санитарно-гигиенических правил);

- Госпожнадзора (предупреждение пожаров);

- Госэкологонадзор (обеспечение охраны окружающей среды);

- Газовый надзор (машины, механизмы и технологии использующие газовое топливо);

- Госнефтеинспекция (рациональное, экономное и эффективное использование нефтепродуктов);

- Государственная инспекция по цветным металлам (рациональное и экономичное использование цветных металлов);

- Госстандарт (соблюдение стандартов, метрологических правил, состояния средств измерения).

В ведомственный контроль входит:

- руководители служб механика и энергетика;

- руководители служб охраны труда (Т.Б.);

- комиссионные инспекторские вышестоящих организаций;

- профсоюзный, в том числе инспекторский охраны труда.

Ответственность за соблюдение охраны труда возложена на руководителя организации. Ответственность за содержание машины в исправном состоянии, техническое обслуживание и ремонт возложена на руководителя, на балансе какой организации находится машина. Ответственность при производстве работ - на руководителя организации, где машина работает. Ответственность за обучение и инструктаж работников, обслуживающих машину - на руководителя организации, в штате которой они числятся.

4. Техника безопасности при технической и производственной эксплуатации машин, механизированного инструмента (ручных машин) и технологической оснастки.

Ответственность за соблюдение требований безопасности при эксплуатации возлагается:

- за техническое состояние - на организацию, на балансе которой они находятся (или кому переданы по договору);

- за соблюдение требований безопасности при производстве работ - на организацию, осуществляющую работы;

- за проведение обучения и инструктажа по безопасности - на организацию в штате которой состоят работающие.

Перед началом работ:

- на территории действующего предприятия заказчик (предприятие) и генеральный подрядчик с участием субподрядных организаций обязаны оформить акт-допуск на производство работ;

- в местах, где имеется или может возникнуть производственная опасность, ответственному исполнителю работ необходимо выдавать наряд-допуск на производство работ повышенной опасности.

Все работающие должны быть обеспечены (в том числе рабочие, специалисты и служащие):

- спецодеждой, спецобувью и другими средствами индивидуальной защиты (в том числе касками);

- санитарно-бытовыми помещениями (в том числе гардеробами, сушилками, душевыми, туалетами и т.п.) в соответствии с нормами;

- проведением обучения и инструктажа по технике безопасности на данном конкретном объекте.

Опасные зоны, в пределах которой действует опасность поражения электротоком, действия машин (кранов), в местах над которыми происходит перемещение грузов и вблизи строящегося здания или сооружения должны быть ограждены и вывешены аншлаги “опасная зона”.

Границы опасных зон вблизи движущихся частей и рабочих органов машин определяется расстоянием в пределах 5 м, если другие повышенные требования отсутствуют в паспорте или инструкции завода-изготовителя. Перед началом работы строительных машин в охранной зоне воздушной линии электропередачи должно обеспечиваться снятие напряжения с линии или же выполняться следующие требования:

- расстояние от подъёмной или выдвижной части машины в любом её положении до вертикальной плоскости, образуемой проекцией на землю ближайшего провода, находящегося под напряжением воздушной линии электропередачи, должно быть не менее:

Напряжение воздушной электролинии, кВ до 1от 1 о 20 от 35 до 110 от 150 до 220 и т.д. согласно ГОСТ допускается работа строительных машин непосредственно под проводами воздушной линии электропередачи, находящиеся под напряжением 110 кВ и выше, при условии, что расстояние от подъёмной или выдвижной части машин, а также от перемещаемого ею груза, находящихся в любом положении, до ближайшего провода должно быть не менее вышеуказанных наименьших расстояний.

Машинист грузоподъёмной машины должен иметь квалификационную группу по технике безопасности не ниже II. Корпуса грузоподъёмных машин, за исключением машин на гусеничном ходу, должны быть заземлены при помощи переносного заземления. Лица, допускаемые к управлению ручными электрическими машинами должны иметь I квалификационную группу по технике безопасности.

Охранной зоной вдоль воздушных линий электропередачи является участок земли и пространства, заключённый между вертикальными плоскостями, проходящими через параллельные прямые, отстоящие от крайних проводов на расстоянии в метрах:

для линий напряжением
до 1 кВ	2 м
от 1 до 20 кВ	10 м
36 кВ	15 м
110 кВ	20 м
и далее согласно ГОСТ	25-40 м

Техническое обслуживание машины должно осуществляться:

- машин с электроприводом с принятием мер не допускающих случайную подачу напряжения;

- только после остановки двигателя и снятия давления в гидравлических и пневматических системах, кроме тех случаев, которые предусмотрены инструкцией завода-изготовителя;

- должны быть приняты меры (заблокированы или опущены на опоры) сборочные единицы машины, имеющие возможность перемещаться под действием собственного веса.

Манометры в системах пневмо- и гидропривода машины должны быть испытаны и опломбированы.

Подъёмные подмости могут быть допущены к эксплуатации только после того как выдержат испытания:

- в течение 1 часа статической нагрузкой превышающей нормативную на 20%;

- динамической нагрузкой, превышает нормативную на 10%.

Лебёдки, применяемые для перемещения подъёмных подмостей и устанавливаемые на земле, должны быть загружены балластом, вес которого должен быть не менее чем в 2 раза превышать тягового усилия лебёдки. Балласт должен быть закреплён на раме лебёдки.

Нормативная освещённость при работе строительных машин:

- при погрузо-разгрузочных работах кранами >10 лк;

- при немеханизированных погрузо-разгрузочных работах >2 лк;

- при сборке и монтаже строительных и грузоподъёмных механизмов >30-50 лк;

- при земляных работах >10 лк;

- при монтаже строительных конструкций >30 лк;

- при работе пилорам, маятниковых пил и деревообрабатывающих станков >50 лк;

- при устройстве полов >30-50 лк;

- при кровельных работах >30 лк;

- при штукатурных работах >30-50 лк;

- при облицовочных работах >100 лк;

- при масляной покраске >100-150 лк;

- при стекольных работах>75 лк.

Для участков работ, где нормируемые уровни освещённости должны быть более 2 лк, в дополнение к общему равномерному освещению следует предусматривать общее локализованное освещение.

5. Охрана окружающей среды при эксплуатации строительных машин.

- обеспечение сбора, вывоза и уничтожение обтирочных материалов и отработанных ГСМ;

- обеспечить сохранность зелёных насаждений и растительности в местах производства работ и стоянок строительных машин;

- выполнение требований нормативных документов по выбросам газов от ДВС и других машин;

- при технической эксплуатации в мастерских, заводах согласование с Госэкологонадзором проектов в том числе ПДК и ПДВ;

- содержание автодорог и грунтовых подкрановых путей в надлежащем порядке.

6. Различные формы организации эксплуатации строительных машин.

Постоянно увеличивающийся парк строительных машин, изменения хозяйственной деятельности строительных организаций и экономическая необходимость повышает рентабельность эксплуатации машин вызывает потребность в использовании различных форм организации эксплуатации строительных машин.

Эксплуатация самими строительными организациями: производственная - силами ИТР, а техническая - специальным функциональным отделом - ОГМ (отдел главного механика), а если организация достаточно большая и имеет много энергетического оборудования, энергетических сетей и потребителей, много энергетических ресурсов то и ОГЭ (отдел главного энергетика), но в большинстве случаев ОГМ выполняет функции ОГЭ и в своём составе имеет одного или нескольких специалистов энергетиков.

В структуру ОГМ обычно входит:

- механик мастерских (со станками и обслуживающими их станочниками, сварщики, слесаря и т.д.) и средствами малой механизации и обслуживающим персоналом (мотористами);

- зав. гаражом с машинами имеющимися на балансе строительной организации (автотранспорт, трактора и крупная строительная техника - краны, экскаваторы и т.п.), открытой и закрытой (боксами) стоянками (в том числе и для ремонта) для машин;

- участковые механики с дежурным обслуживающим персоналом (слесаря, мотористы и т.п.);

- и другие вспомогательные службы оборудования здания и сооружения в том числе если нет энергетич. службы и вся их структура.

В структуру ОГЭ обычно входит:

- энергетик мастерских (с имеющимся оборудованием и обслуживающим персоналом - электрики, электрослесари и т.д.) с энергетическими машинами;

- энергетик по энергетическим коммуникациям (сетям) с дежурным обслуживающим персоналом;

- участковые энергетики с дежурным обслуживающим персоналом (электрики, электрослесари и т.п.);

- и другие вспомогательные службы оборудования зданий и сооружений энергетического назначения.

Количественный состав ОГМ и ОГЭ зависит от объёма выполняемых СМР и многих других факторов и может состоять из 1-3 чел. и 100 и более.

При наличии в строительной организации большого количества средств малой механизации создаются УММ (участки малой механизации) или даже УпрММ (управления малой механизации) которые занимаются технической и при надобности производственной эксплуатацией средств малой механизации.

Задачи и функции УММ и УпрММ регламентируются, утверждёнными Госстроем “Основные положения о задачах и функциях управлений (участков) малой механизации в строительстве” (имеется в методическом кабинете ТСП и МАСП в аудиториях 3134а и 3010).

Для более интенсивной и эффективной организации технической эксплуатации крупной строительной техники создаются УМ (управления механизации) которые по заявкам строителей выделяют им экскаваторы, бульдозеры, различные краны и т.д. Задача и функции УМ регламентируются “Положением об основных задачах и функциях трестов (управлений) механизации в строительстве” (имеется в методическом кабинете ТСП и МАСП).

УМ получило дальнейшее развитие в УМР (управление механизированных работ), которые, кроме технической эксплуатации машин, выполняют различные строительно-монтажные работы, т.е. производственную эксплуатацию машин.

Наиболее законченную и, на сегодня, наиболее эффективную форму организации эксплуатации машин организации - специализированные тресты (управления, участки) Строймеханизации (Спецстрой), которые специализируются:

- Земстрой (все работы по земле, в том числе частенько берутся за благоустройство);

- подземные коммуникации (водопровод, канализация, теплосети);

- гидромеханизация;

- благоустройство и дороги и т.д.

Организация производственной и технической эксплуатации машин имеет свои особенности в зависимости от принадлежности машины организации:

- машина на собственном балансе;

- машина, принимаемая в аренду: - с обслуживающим персоналом;

- без обслуживающего персонала;

-с обеспечением технической эксплуатации;

- машины, получаемые по заявкам с обслуживающим персоналом и технической эксплуатации на смену, день, неделю или др. оговорённый срок;

- и др. формы.

Все взаимоотношения (в том числе и оплата) должны быть оговорены в договоре между организациями и основываться на действующих нормативных документах.

7. Организационное и энергетическое обеспечение работы машин на строительной площадке.

Организационное:

- санитарно-бытовые и административно-производственные помещения (туалеты, душевые, гардеробные, для отдыха и приёма пищи, навесы, диспетчерская, мастерские и т.д.) для обслуживающего персонала и техники. Перечень и количество зависит от количества единиц используемых машин и расположения объекта строительства от базы механизаторов и места жительства обслуживающего персонала;

- ограждения строительной площадки и обеспечение охраны машин и оборудования;

- освещение рабочих территорий и стоянок для машин нормативной освещённостью;

- подъездные и внутриплощадочные дороги и содержание их в надлежащем состоянии (профилирование, ремонт, очистка от снега, поливка летом и т.п.);

- подкрановые пути (рельсовые, грунтовые, щебёночные, из сборных железобетонных плит и т.п.) и содержание их в летнее и зимнее время (обеспечение горизонтальности в пределах нормы, отвод вод и очистка от снега, испытание заземления, наличие ограждений и т.п.);

- телефонная или радиосвязь с руководством, диспетчерами и т.п. строительных организаций и владельцев машин (ОГМ, УМ, УММ, Строймеханизации и т.п.), а также спецслужб (пожарные, скорая помощь и т.п.).

Энергетическое:

- электроэнергией, для чего необходимо (в зависимости от объёма потребности и расстояния от точки подключения и т.п.) следующее: трансформаторные подстанции, учёт, воздушные ЛЭП и кабельные сети, РЩ, рубильники, пускатели (и т.п. для подключения каждой машины в отдельности), понижающие трансформаторы (380,220 до 65,42,36 и 12 В), преобразователи частоты тока, контуры заземления и т.д.;

- водой, с устройствами, обеспечивающими эксплуатацию в зимнее и летнее время с возможностью установить гидранты (по необходимости) с разводкой по зданиям и сооружениям и установкой ёмкостей (по необходимости);

- сжатым воздухом в необходимом количестве с требуемым давлением. Лучший вариант - подключение к имеющимся сетям сжатого воздуха, а если нет, то установкой временных стационарных или передвижных компрессорных станций или компрессоров;

- ГСМ (горюче-смазочными материалами) в основном обеспечение производится автозаправщиками различных типов и марок. Очень редко приходится устраивать склад ГСМ, который должен быть выполнен по проекту, согласованным с соответствующими организациями;

- теплоснабжение (горячая вода, пар), если нет постоянных сетей, то на стройку завозится и устанавливается специальное оборудование

Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Среднего профессионального образования


Аудитория
Пара

Тема 1.3: « Принцип действия, устройство машин постоянного тока

Для специальности: 110302

Время: 2 часа

Вид занятий: Лекция

Тип урока: Комбинированный

Цели занятия	1.Ознакомить студентов с принципом действия, устройством
Машин постоянного тока

Межпредметные связи:

Внутрепредметные связи:

Обеспечение занятий:

а).Наглядные пособия

(натуральные):___________________________________________

Изобразительные:_________________________________________

Б)Раздаточный материал:__

Тезническое обеспечения: Методические пособия

г).Литература основная: М.М.Кацман «Электрические машины»

д) Дополнительная:

Требования к результатам усвоения учебного материала

Содержание занятия:

Время

Деятельность преподавателя

Деятельность Студента

1. Вводная часть а) проверка наличия студент 2. Основная часть 2.1 Устройство машин постоянного тока Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части (индуктора) и вращающейся части (якоря с барабанной обмоткой). На рис. 1 изображена конструктивная схема машины постоянного тока

Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток. Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине. Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5. Рис. 1 Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. 2. Принцип действия машины постоянного тока Рассмотрим работу машины постоянного тока в режиме генератора на модели рис.2,

где 1 - полюсы индуктора, 2 - якорь, 3 - проводники, 4 - контактные щетки. Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Внешние поверхности проводников очищены от изоляции, а на эти поверхности проводников наложены неподвижные контактные щетки. Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами. Приведем якорь машины во вращение в направлении, указанном стрелкой. Рис. 2 Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки. На рис.2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками - ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис. 3)

Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДС проводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине. Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса, ЭДС, равная нулю, - в проводнике, расположенном на линии геометрической нейтрали. Рис. 3 Если соединить все проводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующая ЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щетки делят якорную обмотку на две параллельные ветви. В верхней параллельной ветви индуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви - противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна сумме электродвижущих сил проводников, расположенных между щетками. На рис. 4 представлена схема замещения якорной обмотки.

, через сопротивление R_H протекает ток I_Я. Рис. 4 ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n₂ и магнитному потоку индуктора Ф

(1) где С_е - константа. В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство - коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой.

Якорь электродвигателя 3. Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора Любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток

где U - напряжение на зажимах генератора; R_я - сопротивление обмотки якоря.

(2) Уравнение (2) называется основным уравнением генератора. С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы. На рис. 5 схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки.

Воспользовавшись правилом левой руки, видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент М_эм, препятствующий вращению якоря генератора. Чтобы машина работала в качестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь, преодолевая тормозной электромагнитный момент, возникающий по правилу Ленца. Рис. 5 4. Генераторы с независимым возбуждением. Характеристики генераторов Магнитное поле генератора с независимым возбуждением создается током, подаваемым от постороннего источника энергии в обмотку возбуждения полюсов. Схема генератора с независимым возбуждением показана на рис. 6. Магнитное поле генераторов с независимым возбуждением может создаваться от постоянных магнитов (рис. 7).

Рис. 6 Рис. 7 Зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения называется характеристикой холостого хода E = U_хх = f (I_в). Характеристику холостого хода получают при разомкнутой внешней цепи (I_я) и при постоянной частоте вращения (n₂ = const) Характеристика холостого хода генератора показана на рис. 8. Из-за остаточного магнитного потока ЭДС генератора не равна нулю при токе возбуждения, равном нулю. При увеличении тока возбуждения ЭДС генератора сначала возрастает пропорционально. Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейна. Но при дальнейшем увеличении тока возбуждения происходит магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. При последующем возрастании тока возбуждения ЭДС генератора почти не меняется. Если уменьшать ток возбуждения, кривая размагничивания не совпадает с кривой намагничивания из-за явления гистерезиса. Зависимость напряжения на внешних зажимах машины от величины тока нагрузки U = f (I) при токе возбуждения I_в = const называют внешней характеристикой генератора.

Внешняя характеристика генератора изображена на рис. 9.

Рис. 8 Рис. 9 С ростом тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за увеличения падения напряжения в якорной обмотке. 5. Генераторы с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора. Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. На рис. 10 изображен генератор с параллельным возбуждением.

Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат R_в. Генератор работает в режиме холостого хода. Чтобы генератор самовозбудился, необходимо выполнение определенных условий. Первым из этих условий является наличие остаточного магнитного потока между полюсами. При вращении якоря остаточный магнитный поток индуцирует в якорной обмотке небольшую остаточную ЭДС. Рис. 10 Вторым условием является согласное включение обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения и якоря должны быть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающий остаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличению ЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то током возбуждения I_в = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивления R_в в цепи возбуждения. Третьим условием является то, что сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно быть меньше критического. Изобразим на рис. 11 характеристику холостого хода генератора E = f (I_в) (кривая 1) и вольт - амперную характеристику сопротивления цепи возбуждения U_в = R_в·I_в, где U_в - падение напряжения в цепи возбуждения. Эта характеристика представляет собой прямую линию 2, наклоненную к оси абсцисс под углом γ (tg γ ~ R_в).

Ток обмотки возбуждения увеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения. ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличению тока обмотки возбуждения, магнитного потока и ЭДС. Рост ЭДС от тока возбуждения замедляется при насыщении магнитной цепи машины. Рис. 11 Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме. Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения R_кр, когда γ = γ_кр, самовозбуждение становится невозможным. При критическом сопротивлении вольт - амперная характеристика цепи возбуждения становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода, а в якоре появляется небольшая ЭДС. 6. Работа электрической машины постоянного тока в режиме двигателя. Основные уравнения Под действием напряжения, подведенного к якорю двигателя, в обмотке якоря появится ток I_я. При взаимодействии тока с магнитным полем индуктора возникает электромагнитный вращающий момент

где C_M - коэффициент, зависящий от конструкции двигателя. На рис. 12 изображен схематично двигатель постоянного тока, выделен проводник якорной обмотки.

Ток в проводнике направлен от нас. Направление электромагнитного вращающего момента определится по правилу левой руки. Якорь вращается против часовой стрелки. В проводниках якорной обмотки индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. Эта ЭДС направлена встречно току якоря, ее называют противо-ЭДС. Рис. 12 В установившемся режиме электромагнитный вращающий момент М_эм уравновешивается противодействующим тормозным моментом М₂ механизма, приводимого во вращение.

На рис. 13 показана схема замещения якорной обмотки двигателя. ЭДС направлена встречно току якоря. В соответствии со вторым законом Кирхгофа

, откуда

. (3) Рис.13 Уравнение (3) называется основным уравнением двигателя. Из уравнения (3) можно получить формулы:

(4)

(5) Магнитный поток Ф зависит от тока возбуждения I_в, создаваемого в обмотке возбуждения. Из формулы (5) видно, что частоту вращения двигателя постоянного тока n₂ можно регулировать следующими способами:

изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;
изменением тока якоря с помощью реостата в цепи обмотки якоря;
изменением напряжения U на зажимах якорной обмотки.

Чтобы изменить направление вращения двигателя на обратное (реверсировать двигатель), необходимо изменить направление тока в обмотке якоря или индуктора. 7. Механические характеристики электродвигателей постоянного тока Рассмотрим двигатель с параллельным возбуждением в установившемся режиме работы (рис. 14). Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке.

, откуда

(6) Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения якоря n₂ от момента на валу M₂ при U = const и I_в = const. Уравнение (6) является уравнением механической характеристики двигателя с параллельным возбуждением. Рис. 14 Эта характеристика является жесткой. С увеличением нагрузки частота вращения такого двигателя уменьшается в небольшой степени (рис. 15). На рисунке 16 изображен двигатель последовательного возбуждения. Якорная обмотка и обмотка возбуждения включены последовательно.

Рис. 15

Рис. 16

Ток возбуждения двигателя одновременно является током якоря. Магнитный поток индуктора пропорционален току якоря.

где k - коэффициент пропорциональности.
Момент на валу двигателя пропорционален квадрату тока якоря.

откуда

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения является мягкой (рис. 17).

Рис. 17

Уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения выглядит следующим образом:

С увеличением нагрузки скорость двигателя резко падает.
С уменьшением нагрузки на валу двигатель развивает очень большую частоту вращения. Говорят, что двигатель идет вразнос. Работа двигателя последовательного возбуждения без нагрузки недопустима.
Двигатель смешанного возбуждения имеет механическую характеристику, представляющую собой нечто среднее между механическими характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения.
Двигатели с параллельным возбуждением применяются для привода станков и различных механизмов, требующих широкой, но жесткой регулировки скорости.
Двигатели с последовательным возбуждением применяются в качестве тяговых двигателей электровозов, трамваев и т.д., когда жесткость, то есть рывки момента недопустимы.

2.2 Принцип работы эл.машины постоянного тока Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части (индуктора) и вращающейся части (якоря с барабанной обмоткой).
На рис. 1 изображена конструктивная схема машины постоянного тока

Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток.
Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.
Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5.
Рис. 1
Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

Рассмотрим работу машины постоянного тока в режиме генератора на модели рис.2,

На рис.2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками - ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис. 3)

Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДС проводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине. Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса, ЭДС, равная нулю, - в проводнике, расположенном на линии геометрической нейтрали.
Рис. 3
Если соединить все проводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующая ЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щетки делят якорную обмотку на две параллельные ветви. В верхней параллельной ветви индуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви - противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна сумме электродвижущих сил проводников, расположенных между щетками.
На рис. 4 представлена схема замещения якорной обмотки.

В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорной обмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи , через сопротивление R_H протекает ток I_Я.
Рис. 4
ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n₂ и магнитному потоку индуктора Ф

(1)

где С_е - константа.
В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство - коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой.

Якорь электродвигателя

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: