Слайд 2
Назначение и области применения МПТ
Электрические машины постоянного
тока
Как звенья САР; усилители электрических сигналов управления; тахогенераторы; питания
электролитических ванн; зарядки аккумуляторов; высококачественной сварки;
входят в состав металлургического, автомобильного, судового и самолетного электрооборудования.
Слайд 3
Принцип действия машин постоянного тока
Слайд 4
Принцип действия электрических машин
постоянного тока (МПТ) основывается
на взаимодействии постоянного магнитного поля и проводника с током
, находящимся в этом поле.
Генераторы: Рамка вращается в магнитном
поле постоянного магнита за счет энергии
другого источника. В проводах рамки
возникает э.д.с. и индукционный ток различного направления. Концы проводов рамки соединены с коллектором, с которого снимается через щетки ток постоянного направления (если включена нагрузка).
Слайд 5
Двигатели: Через коллектор и щетки
в рамку подается
постоянный ток, который взаимодействует с постоянным
магнитным полем машины
и создает
вращающий момент на валу машины.
Электрические машины постоянного
тока взаимообратимы, т.е. могут
работать как режиме двигателя, так
и генератора.
Слайд 6
Преимущества МПТ
ГПТ
Жесткая внешняя характеристика,
Хорошие регулировочные свойства,
Возможность использования в
автоматических линиях
ДПТ
-Лучшие механические характеристики,
-Лучшие регулировочные свойства,
-Высокая перегрузочная способность
Слайд 7
Общие недостатки МПТ
Сложность конструкции,
Невозможность работы в агрессивных средах,
Необходимость
частых ревизий,
Меньший срок службы,
Наличие радиопомех.
Слайд 8
Состав машин постоянного тока
ИНДУКТОР: корпус – станина, главные
и вспомогательные полюса с полюсными наконечниками, обмотка возбуждения, помещенная
на главные полюса.
ЯКОРЬ –РОТОР: магнитопровод, обмотка якоря (секции)
КОЛЛЕКТОР
ЩЕТКИ (Щеточный узел)
Слайд 15
Генератор ПТ
Первичный двигатель развивает вращающий момент М1, вращая
ротор генератора с частотой n.
Мощность механической энергии, поступающей от
ПД
Слайд 16
Если к обмотке возбуждения подведено напряжение UВ, то
в ней возникает ток IВ, создающий МДС wВIB. МДС
wВIB возбуждает в машине магнитный поток возбуждения Ф.
При вращении проводников якоря в магнитном поле, возбуждаемом МДС главных полюсов машины, в них наводятся ЭДС.
Слайд 17
Сумма ЭДС всех проводников одной параллельной ветви обмотки
якоря определяет ЭДС якоря
где
- постоянный коэффициент
р – число пар полюсов,
N – число проводников обмотки якоря,
а – число пар параллельных ветвей
Слайд 18
Электромагнитная мощность генератора
Мощность электрической энергии, снимаемой с его
зажимов
Слайд 19
Двигатель ПТ
Если через щетки и коллектор на обмотку
якоря возбужденной машины подать напряжение U, то в результате
в проводниках обмотки якоря появятся токи.
Взаимодействие проводников с током обмотки якоря и магнитного поля возбуждения Ф создает электромагнитный момент М, который определяет момент вращающий М2 на валу двигателя.
Слайд 20
Мощность, подводимой к двигателю электрической энергии
Мощность механической
энергии, снимаемой с вала двигателя
Слайд 21
Уравнения электрического состояния МПТ
в режиме генератора
в режиме двигателя
Слайд 22
Уравнение электрического состояния цепи якоря генератора
Уравнение баланса
мощностей цепи якоря генератора
Е Iя = U Iя +
Iя2Rя
Рэм = Рмех
Слайд 23
Напряжение приложенное к зажимам
якоря двигателя
Ток якоря двигателя
Слайд 24
Уравнение баланса мощностей цепи якоря двигателя
U Iя =
E Iя + Iя2Rя
Рэм = Рмех
Слайд 25
Способы возбуждения генераторов
Слайд 26
Рабочие характеристики МПТ зависят от способа возбуждения главного
магнитного поля. В большинстве машин главное магнитное поле возбуждается
при помощи тока возбуждения, проходящего по обмотке возбуждения.
Обмотка возбуждения может быть независимой от цепи якоря, но чаще соединяется параллельно, либо последовательно, либо смешанно.
Слайд 27
При любом способе включения обмотки возбуждения мощность, затрачиваемая
в цепи обмотки возбуждения относительно мала, поэтому потери при
регулировании тока незначительны, что дает возможность экономично управлять напряжением генераторов и скоростью двигателей.
Слайд 28
Независимость тока возбуждения от напряжения генератора дает возможность
регулировать в широких пределах магнитный поток генератора, а следовательно,
и его напряжение.
Генератор независимого возбуждения
Слайд 29
Обмотка возбуждения машины подключается к независимому источнику питания,
поэтому на ток возбуждения не оказывает влияние напряжение на
зажимах якоря.
Слайд 30
Характеристика хх,
снимается при разомкнутой цепи якоря (IЯ=0)
и постоянной частоте вращения (n=const)
Нисходящая ветвь несколько отличается от
восходящей вследствие влияния гистерезиса. После выключения тока возбуждения ЭДС индуцируется потоком остаточной индукции. В верхней части характеристика хх заметно загибается вследствие насыщения стали магнитной цепи машины.
Е(IB)
Слайд 31
Внешняя характеристика
определяется при неизменном токе возбуждения и
частоты вращения.
Если бы ЭДС якоря была строго постоянна,
то внешняя характеристика изображалась бы прямой линией. Но из-за влияния реакции якоря напряжение с ростом нагрузки уменьшается, а кривая внешней характеристики загибается в сторону оси тока.
U(IЯ)
Слайд 32
Регулировочная характеристика
показывает как надо менять ток возбуждения,
чтобы сохранять постоянным напряжение генератора
В большей своей части кривая
почти прямолинейна, но при больших токах она загибается в сторону от оси абсцисс из-за влияния насыщения магнитной цепи машины.
IB(IЯ)
Слайд 33
Генераторы самовозбуждения.
Генераторы с параллельным возбуждением
Применяют для получения
постоянного тока. Для них не требуется дополнительного источника питания
цепи возбуждения, что упрощает обслуживание машины, напряжение на зажимах генератора мало изменяется при колебаниях нагрузки.
Слайд 34
Цепь возбуждения машины присоединяется параллельно нагрузке. Для возбуждения
главного магнитного потока используется процесс самовозбуждения, возникающий благодаря остаточной
намагниченности станины.
Слайд 35
Характеристики холостого хода и регулировочная этого генератора практически
не отличаются от характеристик машины с независимым возбуждением.
Слайд 36
Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (2) проходит ниже
характеристики при независимом возбуждении (1).
Слайд 37
По 2 закону Кирхгофа
но
, поэтому
Так как падение напряжения невелико, то им можно пренебречь
Тогда ток
Слайд 38
При уменьшении сопротивления нагрузки напряжение снижается и ток
сначала возрастает за счет увеличения падения напряжения на якоре
и за счет уменьшения ЭДС.
При некотором сопротивлении нагрузки ток достигает максимального значения, магнитная цепь окажется ненасыщенной. Поэтому при дальнейшем уменьшении сопротивлении нагрузки ЭДС будет уменьшаться быстрее знаменателя и ток будет падать.
Слайд 39
Ток, при котором начинается размагничивание называется критическим. Ветвь,
лежащая ниже ее перегиба, соответствует неустойчивому режиму.
В условиях устойчивого
режима изменение напряжения генератора параллельного возбуждения составляет 8-15%.
Слайд 40
Ток, при котором начинается размагничивание называется критическим. Ветвь,
лежащая ниже ее перегиба, соответствует неустойчивому режиму.
В условиях устойчивого
режима изменение напряжения генератора параллельного возбуждения составляет 8-15%.
Слайд 41
Генератор с последовательными возбуждением
Слайд 42
Генератор смешанного возбуждения
Применяют в установках, где необходимо
избежать значительного изменения напряжения при отключениях или подключениях отдельных
потребителей.
Слайд 43
2 катушки: одна из которых входит в обмотку
возбуждения и соединяется последовательно, вторая – в обмотку, включаемую
параллельно якорю.
Главное м.п. возбуждается одной из этих обмоток, воздействие второй дополнительное.
Слайд 44
В большинстве машин смешанного возбуждения МДС двух обмоток
складываются (согласное включение), реже МДС имеют противоположное направление (встречное
включение).
Слайд 45
По 2 закону Кирхгофа
но
, поэтому
Так как падение напряжения невелико, то им можно пренебречь
Тогда ток
Слайд 46
Числа витков последовательной обмотки можно выбрать так, чтобы
напряжение с ростом нагрузки оставалось практически неизменным (кривая 1).
При этом включение обмоток должно быть согласным.
При встречном включении обмоток напряжение генератора с ростом тока нагрузки резко падает (кривая 2). Снижение напряжения объясняется увеличением степени насыщения м.ц.
Слайд 48
Двигатель параллельного возбуждения
Частоту вращения можно регулировать путем изменения
потока Ф или напряжения U.
Слайд 49
Изменение нагрузки на валу двигателя от холостого хода
до номинальной вызывает у большинства ДПТ ПВ изменение частоты
вращения на 3-8%. Такая механическая характеристика называется жесткой.
Слайд 50
При регулировании Ф изменением IB (реостатом rш) уменьшение
Ф понижает ЭДС и вращающий момент М.
Согласно
уменьшение ЭДС вызывает увеличение IЯ и возрастание вращающего момента М, в результате чего восстанавливается равновесие моментов при повышенной частоте и возросшем токе якоря. С ростом нагрузки на валу уменьшается влияние тока возбуждения на скорость двигателя.
Слайд 51
Двигатель последовательного возбуждения
Главный магнитный поток двигателя изменяется пропорционально
току якоря, пока магнитная цепь не насыщена.
Слайд 52
При увеличении нагрузки двигателя возрастают падение напряжения в
сопротивлении якоря и магнитный поток. Снижается скорость. Механическая характеристика
получается мягкой.
Слайд 53
Иногда желательна промежуточная форма механической характеристики между мягкой
и жесткой. Такой характеристикой обладает двигатель смешанного возбуждения. В
этом двигателе одна из обмоток является основной, дающей не менее 70% намагничивающей силы, вторая дополнительной. Двигатель имеет мягкую механическую характеристику.
Слайд 54
Регулирование скорости вращения двигателей
изменением сопротивления цепи якоря
изменением величины
магнитного потока
Слайд 56
Преобразование электрической энергии в механическую с помощью ДПТ
и механической в электрическую с помощью ГПТ сопровождается потерями
энергии, чему соответствуют определенные потери мощности .
Слайд 57
В МПТ виды потерь:
Потери мощности в цепи якоря
Потери мощности в стали, вызванные вихревыми токами и перемагничиванием
сердечника якоря при его вращении
Механические потери
Потери мощности в цепи обмотки возбуждения
