Лекция 3 _ 1 Електрични машини за постоянен ток. Генератори. Видове. Двигатели за постоянен ток.

1. Лекция 3_1Електрични машини за постоянен ток. Генератори. Видове. Двигатели за постоянен ток.

2. Основни въпроси: 1.Електрични машини за постоянен ток. Генератори. Видове. 2.Характеристики на генераторите за постоянен ток. 3.Двигатели за постоянен ток. Видове. Характеристики.

3. 1. Eлектрични машини за постоянен ток. Генератори. Видове. Характеристики. 1.1. Общи сведения за електричните машини (ЕМ). -определение - Устройство (машина, агрегат), което преобразува електричната енергия в механична или обратно; -видове - генератори и двигатели; за постоянен и за променлив ток; -предимства - малък шум, висок К.П.Д., екологични; -принцип на действие на ЕМ - основава се на електромагнитната индукция; два варианта на индуктиране на е.д.н. в проводник; принцип на обратимостта (принцип на Ленц); -конструкция - две основни части: а)Неподвижна, наричана Статор, служеща за създаване на магнитен поток в машината; б)Подвижна (въртяща се) част, наричана Ротор или котва,

4. - a 3 b O O' N 1 RT 2 4 i + c d S -Статор - основни и допълнителни полюси и тяло, към което се закрепват полюсите; -Ротор - въртящо се цилиндрично тяло, състоящо се от ядро, намотка, разположена върху ядрото, колектор, четки и четко-държател; 1.2.Генератори за постоянен ток. Видове. -устройство и принцип на действие;

5. Фиг.1.1б.Схемана генераторза постоянен ток

6. i, e i e Фиг. 1.2. E.д.н и ток при два полупръстена (а) и при колектор б) t а) e t б)

7. УСТРОЙСТВО НА ГЕНЕРАТОРИТЕ ЗА ПОСТОЯНЕН ТОК а/ в/ Статор б/ г/ Фиг.

8. УСТРОЙСТВО НА ГЕНЕРАТОРИТЕ ЗА ПОСТОЯНЕН ТОК а/ б/ Ротор в/ г/

9. УСТРОЙСТВО НА ГЕНЕРАТОРИТЕ ЗА ПОСТОЯНЕН ТОК Четки Схема на намотки а/ б/ Фиг.

10. U - k + IA ° UB IB 1.3. Видове генератори за постоянен ток. Съвременните генератори се строят не с постоянни магнити в качеството на полюси, а с електромагнити. В зависимост от захранването на тези електромагнити, наричано възбуждане на генераторите, последните биват: - генератори с чуждо възбуждане. При тях възбудителната намотка се включва към външен източник на постоянен ток. използват се при машини с много ниско напрежение (10-15) V и при машини с високо напрежение (500 V). Предпочита се при машини с регулиране на напрежението в широко граници. Мощността на възбуждане не е голяма (2-3) % от номиналната мощност на генератора; Фиг.1.3. Генератор със самовъзбу ждане. ° ° ВН °

11. ° U - k - k + + IA IA IB IB ВН ВН ° ° U -генератори със самовъзбуждане (собствено възбуждане). В зависимост от свързването на възбудителната намотка към котвената биват: с паралелно (шунтово) възбуждане, с последователно (серийно) възбуждане и със смесено (компаундно) възбуждане; ° ° U ° ° ° IB2 ВН U - k + - k + IA IA IB ВН IB1 ВН в) а) б) Фиг. 1.4 Генератори със самовъзбуждане. а) Шунтов; б) Сериен; в) Компаунден

13. 2. Характеристики на генераторите за постоянен ток. 2.1. Товарна характеристика: U = f(IВ), при I = constи n=const, където nе честотата на въртене на генератора; U0 =f(IВ), при Iа = 0 и n=const - характеристика на празен ход (частен случай); 2.2. Външна характеристика: U = f(I), при IВ = constи n=const, при генераторите с чуждо възбуждане и при Ra = constи n=const , при генераторите със собствено възбуждане; 2.3. Регулировъчна характеристика: IВ = f(I) при U = const и n=const; IКС = f(IВ) при n=const;

14. Генератор за постоянен ток с независимо възбуждане а/ Характеристика на празен ход б/характеристика на натоварване в/Регулировъчна характеристика

15. Характеристиките на всеки от различните видове генератори се характеризира със своите особености, произтичащи от начи-на на възбуждането му и от конструктивните му особености. Най-важна на практика е външната характеристика; -за генераторите със чуждо възбуждане - U = E - IaRa - нелинейна, падаща, поради зависимостта на е.д.н.от т.н. реакция на котвата. Наклона на U винаги е по-голям от Rа . Тази х-ка има две важни точки-едната при Ia=0 (U = U пх = Е) и другата - при Ia = Iн. Разлика U пх - Unопределя спада в котвата на генератора IaRa . -другата важна характеристика на тези генератори е характеристиката на празен ход. Тя повтаря намагнитващата характеристика на машината, като мащаба й зависи от скоростта на въртене на котвата. При нулев възбудителен ток генератора създава някакво е.д.н., дължащо се на остатъчния магнетизъм на статора. Намират приложение като тахогенератори; -при генераторите с паралелно възбуждане външната х-ка има

16. в началния си участък по-голяма стръмност от тази на генера-торите с чуждо възбуждане. Друга особеност на тази х-ка е относително малкия ток на късо съединение. Поради тези особености шунтовите генератори имат най-голямо приложение; - в генераторите с последователно възбуждане външната х-ка има камбанообразна форма,тъй като на празен ход възбудителния поток е малък, а при голямо натоварване цялото напрежения се гаси от съпротивлението на котвата. Такава х-ка е много неудобна за захранване на нормални товари и затова тези генератори имат ограничено приложение; -в генераторите със смесено възбуждане - поради възможността тук серийната намотка да се включва така, щото общия възбудителен поток да нараства с увеличаването на натоварването, в тези генератори външната характеристика може да има положителна стръмност.

17. Генератори с паралелно /шунтово/ възбуждане Външна характеристика /характеристика на натоварването/

18. Генератор с последователно възбуждане, сериен генератор Външна характеристика /характеристика на натоварването/

19. Генератор със смесено възбуждане или компаунд генератор Външна характеристика /характеристика на натоварването/

20. 3. Двигатели за постоянен ток 3.1. Общи сведения -принципно устройство - няма принципна разлика в конструк-цията между генераторите и двигателите за постояненток; Нека рамката е в неподвижно положениеи в нея дапротича ток в указаното направление. Тогава, F = B.I.l.sin(3.1) където е ъгълът между посока- та на тока в рамката и силовите линии на маг. поле. В случая  =  /2 и F1 = F2 = F =B.I.l (3.2) M= F.d (3.3) където d е разстоянието м-у двата проводника (диаметъра на котвата; N • F1 • F2 x S Фиг.3.1.

21. Посоката на въртене, при същите посоки на тока в рамката и основното магнитно поле ще бъде обратна на посоката на въртене на генератора; Двигатели за постоянен ток, в зависимост от възбуждането си биват: -двигатели а паралелно възбуждане; -двигатели със последователно възбуждане; -двигатели със смесено възбуждане; 3.2. Характеристики на двигателите за постоянен ток: 3.2.1.Пускови характеристики - дават развитието на пусковия ток, времето на пускане и загубите на енергия в преходния режим на включването на двигателя в мрежата до достигане на номиналната му скорост на въртене; -директно включване към мрежата - най- лесно осъществим начин, изисква най-евтина апаратура и е най-лесен за обслужване; недостатък - силен токов удар при пускането;

22. Ia = (U- E)/Ra = U/Rа (3.4) Този пусков ток превишава 8-15 пъти номинални ток на котва-та и е опасен за вала на двигателя и предавателния механизъм; -пускане чрез пусков реостат, Ia = (U- E)/(Ra+Rп )= U/(Rа+Rп ) (3.5) 3.2.2. Работни характеристики - n = f( Ia ) , M=f( Ia ),  = f( Ia )и n= f(M) , при постоянно захранващо напрежение и при постоянни съпротивления на котвената и възбудителната намотка. Тези характеристики се наричат съответно честотна, моментна , к.п.д. и механична характеристика; 3.2.3. Регулировъчни характеристики - показват възможно-стта за регулиране на честотата на въртене на двигателя: -чрез изменение на основния магнитен поток Ф ; -чрез изменение на вътрешния спад на напрежението Ia (Ra + Rп )като за целта се включват или изключват отделни секции от пусковия и регулиращия реостат.

23. Работни характеристики - n = f( Ia ) , M=f( Ia ),  = f( Ia ) зависимостите на честотата на въртене n, полезния въртящ момент М2, тока в котвата Ia и коефициента на полезно действие η от полезната мощност P2 при поддържане на постоянно захранващо напрежение U и възбудителен ток IB, т.е.n, M2, Ia, η = f(P2) при U = UН и IB = IBH. Обикновено за двигателите с паралелно възбуждане се построяват в зависимост от мощността.

24. Най-важна за практиката е механичната характеристика. За устойчивата работа на механичната система двигател- задвижвана система е необходима тази характеристика да е падаща, т.е.скоростта на въртене на двигателя да намалява при увеличаване момента на въртене, развиван от двигателя; -при двигателите с шунтово възбуждане, при постоянен възбудителен поток механичната характеристика би била линей-на. На практика, поради реакцията на котвата, това не е така и тази х-ка има лека нелинейност; -при двигателите със серийно възбуждане механичната характеристика има хиперболична зависимост (недопустимо високи обороти при липса на натоварване и рязко спадане на оборотите при натоварване. Това изключва възможността за работа на мощните двигатели на празен ход; -при двигателите със смесено възбуждане серийната намотка се включва нормално съгласувано с паралелната. Механичната х-ка в този случай заема междинно положение спрямо х-те на

25. на шунтовия и серийния двигател. В зависимост от това, коя намотка има преобладаващо влияние, тази характеристика ще се приближава до съответната х-ка на шунтовия или на серийния двигател. Двигателите със съгласувани магнитни потоци се използват в случаите, когато се изисква голям пусков момент или изменение на честотата на въртене в широко граници. Освен това този двигател трябва да работи, както на празен ход, така и с голямо натоварване.