Применение компенсационной обмотки в машинах

Применение компенсационной обмотки.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Напишите уравнение электромагнитного момента машины постоянного тока. Как он зависит от тока якоря двигателей с последовательным возбуждением?

2. Дайте краткую характеристику известных Вам способов регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока.

Изменением тока возбуждения

(потока)

Изменением добавочного

Сопротивления цепи якоря

Изменением напряжения

3. От чего зависит величина э.д.с. якоря машины постоянного тока? Как можно регулировать э.д.с.?

4. Что понимают под номинальными данными двигателя постоянного тока? Как определить номинальный ток возбуждения?

называют данные, характеризующие ее работу в режиме, для которого она предназначена заводом-изготовителем. К номинальным данным относятся мощность, напряжение, ток, частота, КПД, коэффициент мощности, частота вращения и ряд других данных в зависимости от типа и назначения машины.

5. Почему нельзя работающий двигатель постоянного тока последовательного возбуждения оставлять без нагрузки?

6. Объясните принцип действия генератор постоянного тока.

Простейший генератор постоянного тока (рис. 1) представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине — приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря.

Рис. 1. Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 — полукольцо или коллекторная пластина; I — рама проводника; 3 — щетка генератора

7. Что такое компенсационная обмотка в машинах постоянного тока? Где она располагается? Как включается? Для чего служит?

Компенсационные обмотки применяют для компенсации действия реакции якоря в машинах большой мощности. Обмотка выполняется из прямоугольного провода. Катушки укладываются в пазы, выштампо-ванные в полюсных наконечниках, так, что одна сторона катушки располагается в пазах наконечника одного полюса, другая — в пазах наконечника другого. Компенсационная обмотка в большинстве машин однослойная, выполненная концентрическими катушками, соединенными последовательно с обмоткой дополнительных полюсов

В последние годы появилась тенденция устанавливать компенсационные обмотки и в машинах средней мощности. Это позволяет уменьшить воздушный зазор машины, что приводит к возможности уменьшения ее габаритов из-за снижения требуемой МДС обмотки возбуждения.

8. Перечислите и поясните известные Вам способы улучшения коммутации машин постоянного тока

1. Применение добавочных полюсов.Безыскровая коммутация в машине будет при прямолинейной коммутации и имеет место если iк=0. Добавочный ток iк полностью исчезает, если коммутационная ЭДС ек уравновешивает реактивную ЭДС ep. Для создания соответствующей eк в зоне коммутации между главными полюсами устанавливают добавочные полюсы. МДС (магнитодвижущая сила) добавочных полюсов Fк должна быть направлена против МДС реакции якоря Fq, чтобы скомпенсировать ее в зоне коммутации (ЭДС от поля реакции якоря стремится замедлить коммутацию) и создать, сверх того, поле для компенсации реактивной ЭДС ep. Важно при этом правильно определить полярность добавочных полюсов: в генераторе за главным полюсом должен следовать по направлению вращения добавочный полюс противоположной полярности, а в двигателе наоборот (рис. 1).

Рис.1 — Расположение добавочных полюсов и компенсационной обмотки в машинах постоянного тока

Для того, чтобы компенсация ЭДС ep и eксуществовала при всех значениях тока якоря, обмотка добавочных полюсов соединяется последовательно с якорем, а сердечник этих полюсов делается ненасыщенным. В малых машинах без добавочных полюсов требуемая компенсация может быть достигнута путем некоторого сдвига щеток, а следовательно и коммутационной зоны с геометрической нейтрали: у генераторов – в сторону вращения якоря, у двигателей – против его вращения.

Применение компенсационной обмотки.

Для эффективной компенции МДС поперечной реакции якоря и улучшения коммутации в полюсных наконечниках главных полюсов предусматривают устройство пазов, в которые укладывают компенсационную обмотку (рис.1). Эта обмотка включается последовательно в цепь якоря с целью автоматической компенсации Fq при всех нагрузках. Закон распределения МДС компенсационной обмотки в воздушном зазоре имеет вид почти зеркального отображения МДС реакции якоря Fq.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Применение компенсационной обмотки почти всегда уменьшает размеры машины и сокращает расход меди. Это видно из сравнения полного тока всех катушек статора. [1]

Применение компенсационной обмотки существенно уменьшает искажение поля реакцией якоря и снижает значения межсегментных напряжений на коллекторе. [3]

Применение компенсационной обмотки позволяет выполнить относительно небольшой воздушный зазор под главными полюсами и уменьшить массу меди обмотки возбуждения. [5]

Как влияет применение компенсационной обмотки на размеры и массу машины заданной мощности. [7]

Еще более кардинальной мерой является применение компенсационной обмотки ( рис. 8.27), которую располагают в пазах главных полюсов и соединяют последовательно с обмоткой якоря. Компенсационную обмотку включают таким образом, чтобы образуемая ею МДС FK была направлена встречно МДС якоря Faq и компенсировала ее действие. При FK Faq МДС якоря практически не искажает магнитное поле в воздушном зазоре. Компенсационную обмотку применяют также в тех случаях, когда машина проектируется при жестких габаритных ограничениях, так как эта обмотка позволяет уменьшить воздушный зазор, а следовательно, и размеры обмотки возбуждения. [8]

Еще более кардинальной мерой является применение компенсационной обмотки ( рис. 11.25), которую располагают в пазах главных полюсов и соединяют последовательно с обмоткой якоря. Компенсационную обмотку включают таким образом, чтобы образуемая ею МДС FK была направлена встречно МДС якоря Faq и компенсировала ее действие. При FK Faq МДС якоря практически не искажает магнитное поле в воздушном зазоре. [10]

Источник

Устранение вредного влияния реакции якоря

В связи с тем что реакция якоря неблагоприятно влияет на рабочие свойства машины постоянного тока[1], при проектирова­нии машины принимают меры к устранению реакции якоря или хотя бы к ослаблению ее влияния до допустимых пределов.

Компенсационная обмотка. Наиболее эффективным средством подавления влияния рёакции якоря по поперечной оси является применение в машине компенсационной обмотки. Эту обмотку укладывают в пазы полюсных наконечников (рис. 26.7) и вклю­чают последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы МДС компенсационной обмотки Fк была противоположна по на­правлению МДС обмотки якоря Fa. Компенсационную обмотку делают распределенной по поверхности полюсного наконечника всех главных полюсов машины. При этом линейную нагрузку для компенсационной обмотки принимают равной линейной нагрузке обмотки якоря.

Включение компенсационной обмотки последовательно в цепь якоря обеспечивает автоматичность компенсации МДС якоря при любой (в пределах номинальной) нагрузке машины. Таким образом, в машине постоянного тока с компенсационной обмот­кой при переходе от холостого хода к режиму нагрузки закон распределения магнитной индукции в зазоре главных полюсов остается практически неизменным. Однако в межполюсном про­странстве часть МДС якоря остается некомпенсированной. Не­желательное влияние этой МДС на работу щеточного контакта устраняют применением в машине добавочных полюсов (см.§ 27.4).

Компенсационные обмотки применяют лишь в машинах сред­ней и большой мощности — более 150—500 кВт при U > 440 В,

Рис. 26.7. Компенсационная обмотка

работающих с резкими колебаниями нагрузки, например в дви­гателях для прокатных станов. Объясняется это тем, что компен­сационная обмотка удорожает и усложняет машину и ее приме­нение в некоторых машинах экономически не оправдывается.

Увеличение воздушного зазора под главными полюсами. В машинах малой и средней мощности, не имеющих компенса­ционной обмотки, вредное влияние реакции якоря по поперечной оси ослабляют соответствующим выбором воздушного зазора под главными полюсами. При этом следует иметь в

виду, что при достаточно малом воздушном зазоре и значительной линейной нагрузке реакция якоря по поперечной оси может не только осла­бить магнитное поле под одной из частей главного полюса, но и перемагнитить его, т. е. изменить полярность — «опрокинуть поле». Некоторое увеличение воздушного зазора под главными полюсами, особенно на их краях, значительно ослабляет действие реакции якоря. Однако не следует забывать, что увеличение воз­душного зазора ведет к необходимости повышения МДС обмотки главных полюсов, а следовательно, и к увеличёнию размеров полюсных катушек, полюсов и габарита машины в целом.

На этом же принципе уменьшения МДС поперечной реакции якоря за счет повышенного магнитного сопротивления на пути ее действия основан и другой способ ослабления действия реакции якоря. Этот способ состоит в том, что сердечники главных полю­сов делают из листовой анизотропной (холоднокатаной) стали (обычно применяют сталь марки 3411). Эта сталь в направлении проката обладает повышенной магнитной проницаемостью, а «поперек проката» — небольшой магнитной проницаемостью. Штамповать пластины полюсов из такой стали следует так, что­бы ось полюса совпадала с направлением проката листа стали. § 26.5. Способы возбуждения машин постоянного тока

Для работы электрической машины необходимо наличие маг­нитного поля. В большинстве машин постоянного тока это поле создается обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током. Свойства машин постоянного тока в значительной степени опре­деляются способом включения обмотки возбуждения, т. е. способом возбуждения.

По способам возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать следующим образом:

машины независимого возбуждения, в кото­рых обмотка возбуждения (ОВ) питается постоянным током от источника, электрически не связанного с обмоткой якоря (рис. 26.8, а);

машины параллельного возбуждения, в ко­торых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены парал­лельно (рис. 26.8, б) ;

машины последовательного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно (рис. 26.8, в);

машины смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения — параллельная ОВ1 и после­довательная ОВ2 (рис. 26.8, г);

Рис. 26.8. Способы возбуждения машин постоянного тока

машины с возбуждением постоянными маг­нитами (рис. 26.8, д Все указанные ма­шины (кроме послед­них) относятся к маши­нам с электромаг­нитным возбуж­дением, так как маг­нитное поле в них созда­ется электрическим то­ком, проходящим в об­мотке возбуждения.

Начала и концы об­моток машин постоянного тока согласно

ГОСТу обозначаются: обмотка якоря — Я1 и Я2, обмотка добавоч­ных полюсов — Д1 и Д2, компенсационная обмотка — К1 и К2, об­мотка возбуждения независимая — Ml и М2, обмотка возбужде­ния параллельная (шунтовая) — Ш1 и 1112, обмотка возбуждения последовательная (сериесная) —С1 и С2.
Контрольные вопросы

Какие участки содержит магнитная цепь машины постоянного тока?

В чем сущность явления реакции якоря машины постоянного тока?

Почему МДС якоря, действующая по поперечной оси, вызывает размагничи­вание машины по продольной оси?

Как учитывается размагничивающее действие реакции якоря при расчете чис­ла витков полюсной катушки обмотки возбуждения?

С какой целью компенсационную обмотку включают последовательно с об­моткой якоря?

Почему с увеличением воздушного зазора ослабляется размагничивающее влияние реакции якоря?

Какие способы возбуждения применяют в машинах постоянного тока?

Источник

Компенсационная обмотка

НАЗНАЧЕНИЕ: служит для устранения вредных последствий реакции якоря и улучшения коммутации.

УСТРОЙСТВО: состоит из 6-и катушек шинной меди прямоугольного сечения, каждая катушка имеет 6-ь витков, которые объединяются в 3-и пары. Изоляция обмотки: межвитковая, корпусная и покровная. Катушки изогнуты по радиусу остова и укладываются: 3-и активные стороны обмотки в наклонные пазы одного сердечника, а вторая половина обмотки, в пазы

рядом расположенного сердечника другого главного полюса.

Наклонные пазы рядом расположенных сердечников –

параллельны, а значит, упрощается установка и снятие катушки.

Активные стороны обмотки в пазах сердечников крепятся

текстолитовыми клиньями. При такой установке катушек

компенсационной обмотки, ток в активных сторонах обмотки,

которые расположены в пазах одного сердечника, имеет одно

Якорь

УСТРОЙСТВО: состоит из вала якоря, сердечника, коллектора, обмотки якоря и уравнительных соединений.

Вал якоря по своей длине выполнен круглым, разных диаметров. На концах вала обточены конусные части с пазом для шпонки и кольцевой проточкой. В торцах вала изготовлены торцевые отверстия под спец. болты, которые соединяются с радиальным каналом с канавкой для подачи смазки под давлением при снятии шестерни. Шпонка применяется для установки временной шестерни, при испытании ТЭД. На вал якоря устанавливаются от середины к краям:

Сердечник якоря. На втулку якоря напрессовывается литая задняя нажимная шайба, состоящая из двух колец, между которыми сделаны ребра жесткости. В паз втулки якоря устанавливается шпонка, а затем набирается сердечник из отдельных листов. На внутренней окружности листа имеется вырез для шпонки, на внешней окружности 87 вырезов под обмотку якоря, а в средней части расположено в шахматном порядке 2-а ряда круглых отверстий для вентиляции сердечника. Со стороны коллектора сердечник фиксируется передней нажимной шайбой, которая одновременно является корпусом коллектора, она удерживается от сползания корончатой гайкой, которая наворачивается на внутренний цилиндр втулки якоря. Когда сердечник будет набран, то в средней части образуются 2-а ряда круглых вентиляционных каналов, а на внешней поверхности – 87 пазов, в которые укладываются активные стороны катушек обмотки якоря.

Коллектор

НАЗНАЧЕНИЕ: служит для изменения направления тока в секциях обмотки якоря, при переходе из одной параллельной ветви в другую, чтобы сохранить направление выталкивающей силы и вращение якоря.

УСТРОЙСТВО: коллектор набирается из 348-ми медных пластин 4, которые имеют два выреза по форме ласточкиного хвоста, есть рабочая поверхность по которой скользят щетки, а также выступающая часть, или «Петушок» с вырезом для установки концов секций обмотки якоря. В средней части коллекторных пластин имеется отверстия для снижения веса коллектора и центробежной силы, которая образуется при вращении якоря. Коллекторные пластины разделяются миканитовыми прокладками и зажимаются между передней нажимной шайбой и нажимным конусом 1 с установкой миканитовых манжет 5 и 8 и миканитового цилиндра 6. Нажимной конус притягивается к корпусу коллекторными болтами с квадратными головками 2. Выступающая часть наружной манжеты притягивается к нажимному конусу стеклобандажом и покрывается лаком.

Обмотка якоря

Обмотка якоря простая, петлевая, состоит из 348-и одновитковых секций шинной меди прямоугольного сечения – 3,5 Х 7 мм, которые объединяются в 87 катушек из 4-х секций 1.

Активные проводники секций катушки в лобовой части разворачиваются на 180˚ и стороны секций в активных сторонах катушек меняются местами по высоте для выравнивания ЭДС, так как основной магнитный поток по высоте не однороден. Изоляция обмотки – межвитковая, корпусная и покровная. Активные стороны катушек укладываются в пазы сердечника якоря с шагом 1:15 и в каждом пазу находятся две активные стороны разных катушек. Концы каждой секции разворачиваются на 90˚, расплющиваются до толщины 1,8 мм и вставляются в петушки коллекторных пластин 3 с шагом 1:2, затем припаиваются. Таким образом, все 348 секций соединяются последовательно коллекторными пластинами и образуют обмотку якоря. Активные стороны катушек обмотки якоря крепятся в пазах сердечника текстолитовым клиньями, а лобовые части с обеих сторон притягиваются к нажимным шайбам стеклобандажом и покрываются лаком. Обмотка якоря – петлевая, делится щетками на 6-ть параллельных ветвей. Противо ЭДС, которые индуктируются в параллельных ветвях, не равны между собой, а значит и разные падения напряжения в ветвях. За счет разности падений напряжения в параллельных ветвях, между ними проходят уравнительные токи, которые перегружают щетки, увеличивая вероятность искрения при коммутации. Для того чтобы разгрузить щетки, равнопотенциальные точки соединяют уравнительными соединениями 2. Когда возникает разность потенциалов между секциями, которые соединены уравнительными соединениями, уравнительный ток проходит не по щеткам, а по соединениям. Обмотка якоря имеет 174 уравнительных соединений или проводника, которые выполнены из медных шин, изолированных асбестовой бумагой, объединенных в 58 катушек, по 3 проводника в каждой. Концы уравнительных соединений припаиваются к петушкам коллекторных пластин ниже секций обмотки якоря с шагом 1:117. Катушки уравнительных соединений уложены под лобовыми частями обмотки якоря со стороны коллектора.

Щеточный аппарат

Состоит из разрезной траверсы 1 с разжимным устройством

5 и 12-и изоляционных пальцев 2, шести кронштейнов 3 и шести щеткодержателей 4 в которых установлены угольные разрезные щетки.

Изолированные пальцы состоят из стального стержня, на одном конце которого резьба и проточка для установки в остове траверсы, а второй конец заливается изоляционной пластмассой. Палец устанавливают в отверстие траверсы, с обратной стороны на стержень одевается пружинная шайба и наворачивается гайка, на которой имеются вырезы под специальный ключ.

Кронштейн щеткодержателяизготовлен разъемным, состоит из кронштейна и накладки, в которых выполнены полукруглые проточки. Проточки охватывают изолированные пальцы и стягиваются болтом. Кронштейн может передвигаться по изолированным пальцам для регулирования расстояния от щеткодержателя до петушков коллекторных пластин. На кронштейне имеется прилив с насечкой, в который вворачивается шпилька для крепления щеткодержателя. На кронштейне также имеются резьбовые отверстия М8 для болтов, которыми крепят соединительные шины и наконечники кабелей.

Щеткодержатель 1 изготовлен латунным и литым, имеет 3-и окна для установки разрезных щеток 2. На корпусе щеткодержателя имеется прилив с овальными отверстиями и насечками для крепления на кронштейне. К корпусу шарнирно крепятся три нажимных пальца 3, которые выполнены из плоских пружин с резиновыми наконечниками для упора на щетку и цилиндрическая пружина 6 с регулировочным винтом 4 для регулирования величины нажатия щетки на коллектор (1,5÷0,1 кг). В кронштейне есть три резьбовых отверстия М6 для винтов крепления наконечников шунтов щетки.

Щетки 6 – разрезные, размер 2 Х 12,5 Х 32 Х 57. В каждую половинку щетки армированы концы двух медных шунтов, которые соединяются общим наконечником и крепятся к щеткодержателю.

После установки щеточного аппарата и сборки ТЭД, должно быть расстояние:

Ø От щеткодержателя до рабочей поверхности коллектора 3±1,5 мм.

Ø От щеткодержателя до петушков коллекторных пластин 6 мм.

Вентиляция ТЭД

Воздух, нагнетаемый от воздуховода, через отверстие со стороны коллектора, обдувает и охлаждает коллектор и далее следует по каналам:

ü Через зазоры между главными и дополнительными полюсами.

ü Через зазоры между сердечником якоря и сердечником главных и дополнительных полюсов.

ü Через каналы в сердечнике якоря и во втулке якоря.

Воздух поступает к подшипниковому щиту со стороны противоположной коллектору и выбрасывается через отверстие остова и подшипникового щита, через кожух под кузов электровоза.

Режимы работы ТЭД

Выделяют два режима работы тягового двигателя: часовой и длительный. При этом на ТЭД с исправно работающей вентиляцией подают номинальное или расчетное напряжение. Затем дают определенную нагрузку, или устанавливают ток якоря определенной величины.

Часовой режим – при данном режиме устанавливают с помощью нагрузки на валу якоря такой ток, при котором двигатель работает в течение 1 часа не перегреваясь для класса изоляции этой обмотки. При этом определяется ток и мощность часового режима.

Длительный режим – при данном режиме устанавливают с помощью нагрузки на валу якоря такой ток, при котором двигатель работает в течение длительного времени не перегреваясь для класса изоляции этой обмотки. При этом определяется ток и мощность часового режима.

На электровозах с номера 2441 установлены ТЭД НБ-514, которые на электровозах до номера 2441 взаимозаменяемы с ТЭД НБ-418. ТЭД НБ-514 имеют следующие изменения в конструкции:

Дата добавления: 2015-12-22 ; просмотров: 10269 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Средства улучшения коммутации в МПТ (машин постоянного тока)

Современные средства улучшения коммутации сводятся, главным образом, к устранению коммутационных и потенциальных причин искрения.

1. Применение добавочных полюсов.

Безыскровая коммутация в машине будет при прямолинейной коммутации и имеет место если i_к=0. Добавочный ток i_к полностью исчезает, если коммутационная ЭДС е_к уравновешивает реактивную ЭДС e_p. Для создания соответствующей e_к в зоне коммутации между главными полюсами устанавливают добавочные полюсы. МДС (магнитодвижущая сила) добавочных полюсов F_к должна быть направлена против МДС реакции якоря F_q, чтобы скомпенсировать ее в зоне коммутации (ЭДС от поля реакции якоря стремится замедлить коммутацию) и создать, сверх того, поле для компенсации реактивной ЭДС e_p. Важно при этом правильно определить полярность добавочных полюсов: в генераторе за главным полюсом должен следовать по направлению вращения добавочный полюс противоположной полярности, а в двигателе наоборот (рис. 1).

Рис.1 — Расположение добавочных полюсов и компенсационной обмотки в машинах постоянного тока

Для того, чтобы компенсация ЭДС e_p и e_ксуществовала при всех значениях тока якоря, обмотка добавочных полюсов соединяется последовательно с якорем, а сердечник этих полюсов делается ненасыщенным. В малых машинах без добавочных полюсов требуемая компенсация может быть достигнута путем некоторого сдвига щеток, а следовательно и коммутационной зоны с геометрической нейтрали: у генераторов – в сторону вращения якоря, у двигателей – против его вращения.

2. Применение компенсационной обмотки.

Для эффективной компенции МДС поперечной реакции якоря и улучшения коммутации в полюсных наконечниках главных полюсов предусматривают устройство пазов, в которые укладывают компенсационную обмотку (рис.1). Эта обмотка включается последовательно в цепь якоря с целью автоматической компенсации F_q при всех нагрузках. Закон распределения МДС компенсационной обмотки в воздушном зазоре имеет вид почти зеркального отображения МДС реакции якоря F_q.

3. Применение твердых сортов щеток.

Некоторое уменьшение тока можно достигнуть увеличением сопротивления контакта щеток R_щ, что осуществляется применением более твердых сортов. В машинах постоянного тока применяют угольно–графитные (УГ), графитные (Г), электрографитированные (ЭГ), медно–графитные (МГ) и бронзо–графитные (БГ) щетки. С целью улучшения коммутации целесообразно применять твердые щетки (УГ, Г, ЭГ), так как они обладают наибольшей величиной переходного сопротивления. Однако допускаемая плотность тока твердых щеток невелика, поэтому их применение ведет к необходимости увеличения площади щеточного контакта, что требует увеличения габаритов коллектора. На судах обычно используются графитные и электрографитированные щетки. Для этих же целей в крупных машинах применяют разрезные щетки, которые обеспечивают, кроме того, и лучший контакт щетки с коллектором.

4. Нормальные условия охлаждения.

Чрезмерный нагрев щеток и коллектора может явиться дополнительной причиной искрения. Кроме того, опыт эксплуатации машин постоянного тока показывает, что безыскровая и длительная работа коллектора наблюдается при образовании на поверхности коллектора устойчивой оксидной пленки, которая образуется только при определенной влажности, температуре и чистоте охлаждающей среды.

Источник