Электрические машины и аппараты. Часть 1: Методические указания к лабораторным работам. Единое окно доступа к образовательным ресурсам
Главная
Каталог
Библиотека
Форум
Новости
Глоссарий
Порталы
О проекте
Электрические машины и аппараты. Часть 1: Методические указания к лабораторным работам
Текстовая версия документа PDF (размер: 1350 КБ)
Качество преобразования для различных документов может сильно различаться. Изображения (картинки, формулы, графики) в документе игнорируются. Защищённый документ не может быть преобразован.
Предыдущая
1
2
3
4
5
Следующая
P2 = P1 − ∑ P – полезная мощность синхронного двигателя, Вт;
60 ⋅ P2
M = – вращающий момент, Н ⋅ м ,
2 ⋅ π ⋅ n1
где n1 – синхронная частота вращения, об/мин;
P
η = 2 – коэффициент полезного действия двигателя, о.е.
P1
Расчетные значения необходимо занести в таблицу 3.1. На основании
данных таблицы 3.1 построить рабочие характеристики синхронного двигателя.
Вид этих характеристик показан на рисунке 3.7.
cosϕ , η M I1 P1
o.e. Н ⋅ м A Вт cos ϕ
η
P1 I1
M
Вт
P2
Рисунок 3.7 – Рабочие характеристики синхронного двигателя
3.5 Контрольные вопросы
3.5.1 Принцип действия синхронной машины в режиме генератора и дви-
гателя.
3.5.2 Устройство синхронных машин.
3.5.3 Что такое синхронная частота вращения и как она рассчитывается?
3.5.4 Назначение пусковой обмотки.
3.5.5 Каким образом можно пустить в ход синхронный двигатель?
3.5.6 В чем преимущества и недостатки синхронных двигателей перед
асинхронными?
31
4 Лабораторная работа № 4
Исследование машины постоянного тока.
4.1 Цель работы
Изучить принцип действия и устройство машины постоянного тока.
Снять и построить рабочие характеристики двигателя постоянного тока.
4.2 Предмет исследования
4.2.1 Принцип действия машины постоянного тока
Электрические машины постоянного тока широко применяются для при-
вода различных установок и механизмов, в которых требуется простое и эконо-
мичное регулирование скорости
вращения.
Машина постоянного тока
1 (рисунок 4.1) имеет обмотку
2 возбуждения, расположенную
3 на явновыраженных полюсах
4
статора. Рассмотрим принцип
действия генератора. При пода-
че на обмотку возбуждения по-
стоянного тока, создается маг-
5 нитный поток возбуждения. Вал
6 генератора вращается с помо-
щью приводного двигателя.
При этом в двухслойной обмот-
ке ротора индуктируется пере-
менная ЭДС, как при вращении
витка в однородном магнитном
поле. Секции двухслойной об-
1 – обмотка возбуждения, 2 – главные мотки подсоединены к коллек-
полюсы, 3 – якорь, 4 – обмотка якоря, 5 тору, который преобразует пе-
щетки, 6 – корпус ременную ЭДС, индуктирован-
Рисунок 4.1 – Электромагнитная схема ную в обмотке ротора в посто-
машины постоянного тока янную. Токосъем с подвижной
части машины осуществляется с
помощью щеток (рисунок 4.1). В двигателе постоянного тока, наоборот, кол-
лектор выполняет функцию преобразователя постоянного тока в переменный.
При этом на щетки подается постоянное напряжение, обмотка возбуждения пи-
тается постоянным током. На обмотку ротора начинает действовать сила Ло-
ренца (сила, действующая на проводник с током, в магнитном поле). Ротор
приводится во вращение. Таким образом, ротор машины постоянного тока яв-
32
ляется якорем, а конструкция машины сходна с конструкцией обращенной син-
хронной машины.
При заданном направлении вращения якоря направление ЭДС, индукти-
руемой в проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится
проводник. Поэтому во всех проводниках, расположенных под одним полюсом,
ЭДС имеет одинаковое направление.
4.2.2 Устройство машины постоянного тока
Главной отличительной особенностью машины постоянного тока от дру-
гих вращающихся электрических машин является наличие коллектора и сколь-
зящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью. Ма-
2 6 1 13
4 14
5 10 7
8
11
9
3
12
Рисунок 4.2 – Устройство машины постоянного тока
шина постоянного тока (рисунок 4.2) по конструктивному исполнению подобна
обращенной синхронной машине, у которой обмотка якоря расположена на ро-
торе, а обмотка возбуждения – на статоре. Основное отличие заключается в
том, что машина постоянного тока имеет на якоре коллектор, а на статоре, по-
мимо главных полюсов с обмоткой возбуждения – добавочные полюсы, кото-
рые служат для уменьшения искрения под щетками.
33
Статор. Статор состоит из станины 1 и главных полюсов 2. Станина слу-
жит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью
магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Ста-
нину изготавливают из стали – материала, обладающего достаточной механиче-
ской прочностью и большой магнитной проницаемостью. В нижней части ста-
нины имеются лапы 3 для крепления машины, а по окружности станины распо-
ложены отверстия для крепления главных полюсов 4. Обычно станину делают
цельной из стальной трубы, либо сварной из листов стали, за исключением ма-
шин с весьма большим наружным диаметром, у которых станину делают разъ-
емной, что облегчает транспортировку и монтаж машины.
Главные полюсы. Главный полюс состоит из сердечника 5 и полюсной ка-
тушки 6. Сердечник полюса (рисунок 4.3) выполняют шихтованными (из сталь-
ных штампованных листов). Стальные листы спрессовывают под давлением и
скрепляют заклепками,
а) 3 б) головки которых утопле-
2 ны в нажимные щеки, ус-
2 6
4 тановленные по краям
1 каждого полюса. Шихто-
ванными требуется изго-
1 4 5 товлять только наконеч-
ники главных полюсов,
1 – полюсный наконечник, 2 – сердечник по- так как при вращении
люса, 3 – установочный болт, 4 – заклепки, 5 – зубчатого якоря из-за
установочный стержень, 6 – нажимные щеки пульсации магнитного
потока в воздушном зазо-
Рисунок 4.3 – Главные полюсы машины по- ре в них возникают вих-
стоянного тока ревые токи и потери
мощности. Однако по
технологическим соображениям чаще всего выполняют шихтованным весь по-
люс. Полюсы крепят к станине болтами; нарезку резьбы для болтов выполняют
непосредственно в шихтованном сердечнике полюса (рисунок 4.3, а) либо в
массивных стальных стержнях (рисунок 4.3, б), которые вставляют в выштам-
пованные отверстия в полюсах.
Катушки главных и добавочных полюсов изготавливают из изолирован-
ного медного провода круглого или прямоугольного сечения. Катушки машин
малой мощности выполняют из тонкой проволоки; последовательные катушки
обмоток возбуждения и добавочных полюсов изготавливают из полосовой ме-
ди. Расположенную на полюсе обмотку иногда разбивают на несколько секций
для улучшения охлаждения. При секционном выполнении катушек между от-
дельными секциями устанавливают дистанционные шайбы из изоляционного
материала, посредством которых образуются вентиляционные каналы.
Якорь. Якорь машины постоянного тока (рисунок 4.2) состоит из вала 7,
сердечника 8 с обмоткой и коллектора 9. Сердечник якоря имеет шихтованную
конструкцию и набирается из штампованных пластин тонколистовой электро-
34
технической стали. Листы покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и
запекают. Готовый сердечник напрессовывают на вал якоря. Такая конструкция
сердечника якоря позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возни-
кающие в результате перемагничивания в процессе вращения в магнитном по-
ле. На поверхности якоря имеются пазы, в которые укладывают обмотку якоря.
Обмотку якоря выполняют медным проводом круглого или прямоуголь-
ного сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно за-
крывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). В некоторых маши-
нах пазы не закрывают клиньями, а накладывают на поверхность якоря бандаж.
Бандаж делают из проволоки или стеклоленты с предварительным натягом. Ло-
бовые части 10 обмотки якоря крепят к обмоткодержателям.
Коллектор 9 является одним из сложных узлов машины постоянного тока.
Основными элементами коллектора являются пластины трапецеидального се-
чения из твердотянутой меди, собранные таким образом, что коллектор приоб-
ретает цилиндрическую форму. В зависимости от способа закрепления коллек-
торных пластин различают два основных типа коллекторов: со стальными ко-
нусными шайбами и на пластмассе. На рисунке 4.4 показано устройство кол-
лектора со стальными конусными шайбами. Нижняя часть коллекторных пла-
стин имеет форму “ласточкиного хвоста”. После сборки коллектора эти части
пластин оказываются зажатыми между стальными шайбами 1 и 3, изолирован-
5 1
6 2
4
3
1 2
1
Рисунок 4.4 – Устройство коллектора с конусными шайбами
ными от медных пластин миканитовыми манжетами 4. Конусные шайбы стяну-
ты винтами 2. Между медными пластинами расположены миканитовые изоля-
ционные прокладки. В процессе работы машины рабочая поверхность коллек-
тора постепенно истирается щетками. Чтобы при этом миканитовые прокладки
не выступали над рабочей поверхностью коллектора, что вызвало бы вибрацию
щеток и нарушение работы машины, между коллекторными пластинами фрезе-
руют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм (рисунок 4.4, б). Верхняя часть 5
коллектроных пластин (рисунок 4.4, а), называемая петушком, имеет узкий
35
продольный паз, в который закладываются концы секций обмотки якоря и тща-
тельно припаивают.
В машинах постоянного тока ма-
лой мощности часто применяют кол-
лекторы на пластмассе (рисунок 4.5),
отличающиеся простотой в изготовле-
нии. Набор медных и миканитовых пла-
стин в таком коллекторе удерживается
пластмассой, запрессованной в про-
странство между набором пластин и
стальной втулкой 4 и образующей кор-
пус коллектора. Иногда с целью увели-
чения прочности коллектора эту пласт-
массу 2 армируют стальными кольцами
3. В этом случае миканитовые проклад-
ки должны иметь размеры большие,
Рисунок 4.5 – Устройство чем у медных пластин 1, что исключит
коллектора на пластмассе замыкание пластин стальными (арми-
рующими) кольцами 3.
Щеточный аппа-
рат. Электрический кон-
такт с коллектором осу-
ществляется посредством
щеток 11, располагаемых
в щеткодержателях. Щет-
ки представляют собой
прямоугольные бруски из
композиции, выполненной
на основе графита. Они
1 – щетка, 2 – обойма, 3 – пружина, 4 – зажимы предназначены для соеди-
для крепления к щеточному пальцу, 5 – щеточ- нения коллектора с внеш-
ный канатик, 6 – нажимной палец, 7 – колпак, 8 – ней цепью и прижимаются
изоляционная втулка, 9 – подшипниковый щит, к поверхности коллектора
10 – зажим для выводного проводника пружинами (рисунок 4.6,
а). При вращении якоря
Рисунок 4.6 – Щеткодержатели машин щетки сохраняют неиз-
менное положение по от-
ношению к полюсам машины. Щеткодержатели укрепляют на щеточных паль-
цах и изолируются от них. Щеточные пальцы, в свою очередь, крепят либо к
подшипниковому щиту, либо к траверсе, которая позволяет при необходимости
поворачивать всю систему щеток по отношению к полюсам машины. В маши-
нах малой мощности часто применяют трубчатые щеткодержатели (рисунок
4.6, б), устанавливаемые непосредственно на подшипниковом щите. Щетки
36
(рисунок 4.7) в зависимости от соста-
ва, способа изготовления и физиче-
ских свойств могут иметь различную
маркировку. Все марки щеток объе-
диняются в шесть основных групп:
угольно-графитные, графитные, элек-
трографитированные, медно-
графитные, бронзо-графитные и
серебряно-графитные.
1 – щетка, 2 – щеточный канатик, 3 – Помимо указанных частей ма-
кабельный наконечник шина постоянного тока имеет два
подшипниковых щита: передний 12
Рисунок 4.7 – Щетки машин малой (а)
(со стороны коллектора)и задний 13
и большой (б) мощно-
(рисунок 4.2). В центральной части
сти
щита имеется расточка под подшип-
ник. На переднем подшипниковом щите имеется смотровое окно (люк) с крыш-
кой, через которое можно осмотреть коллектор и щетки, не разбирая машины.
Концы обмоток выведены на зажимы коробки выводов. Вентилятор 14 служит
для самовентиляции машины: воздух поступает в машину обычно со стороны
коллектора, омывает нагретые части (коллектор, обмотки и сердечники) и вы-
ходит с противоположной стороны через решетку. Таким образом, коллектор-
ные машины постоянного тока сложнее бесколлекторных машин переменного
тока и уступают им в надежности, имея при этом более высокую стоимость.
4.3 Задание
4.3.1 Изучить принцип действия и устройство машин постоянного тока.
4.3.2 Записать паспортные данные испытуемых электрических машин.
4.3.3 Собрать электрическую схему.
4.3.4 Осуществить пуск двигателя постоянного тока.
4.3.5 Снять рабочие характеристики двигателя постоянного тока.
4.3.6 Рассчитать и построить рабочие характеристики двигателя постоян-
ного тока.
4.4 Методические указания
4.4.1 К пункту 4.3.3. Собрать схему на стенде с помощью соединитель-
ных проводов, которые выдаются преподавателем. Электрическая схема испы-
тания представлена на рисунке 4.8.
37
Rв РА1
Ш1 Ш2
А
Rя
РА2 C1 C2
Я1 Я2 Я1 Ш1
А
РV1 Ш2
А Я2
V А
РА4
SA1 SA2 SA3 SA4 SA5 РА3
РV2 V
QF 1 Rн1 Rн2 Rн3 Rн4 Rн5 Rв
=220В
Рисунок 4.8 – Схема испытания двигателя постоянного тока
4.4.2 К пункту 4.3.4. Пуск двигателя постоянного тока в режиме холосто-
го хода производится путем включения автоматического выключателя QF 1.
Пуск осуществляется при максимальном сопротивлении в цепи якоря R я и ми-
нимальном сопротивлении в цепи возбуждения Rв , а также при отключенных
выключателях в цепи генератора SA 1 – SA 5. После пуска необходимо умень-
шить сопротивление в цепи якоря R я до нуля.
4.4.3 К пункту 4.3.5. Рабочими характеристиками называют зависимости:
n, M , I a , P1 ,η = f (P2 ), снятые при I вн = const ,U н = const .
Рабочие характеристики снимаются при номинальном токе возбуждения
и номинальном напряжении якоря двигателя. Снятие рабочих характеристик
необходимо производить в следующей последовательности. Следует начать с
установки номинального режима работы двигателя. Для этого после пуска дви-
гателя на холостом ходу его следует нагрузить, включая последовательно вы-
ключатели SA 1 – SA 4 и увеличивая сопротивление в цепи возбуждения RВ , до-
вести частоту вращения и ток двигателя до номинальных величин. После этого
определить номинальный ток возбуждения I вн . Ток якоря двигателя увеличить
до 1,25 ⋅ I н .путем изменения нагрузки на валу двигателя, что достигается путем
включения выключателя SA 5. Затем, изменяя нагрузочное сопротивление Rн ,
снижать ток якоря I a примерно с одинаковыми интервалами, отключая для
этого выключатели SA 1 – SA 5 и фиксируя показания приборов. Так как харак-
теристики нелинейны, то необходимо снять 5 – 7 точек. Данные измерений за-
38
нести в таблицу 4.1. После проведения опыта отключить выключатель QF 1 при
отключенных выключателях SA 1 – SA 5.
Таблица 4.1 – Рабочие характеристики двигателя постоянного тока
№ Опытные данные Расчетные данные
опы
та Двигатель Генератор Генератор Двигатель
Iа Iв n Iг Uг P2г P2∗г η P1 P2 η M
A А об/мин А В Вт о.е. % Вт Вт % H⋅м
4.4.4 К пункту 4.3.6. Для расчета рабочих характеристик и заполнения
таблицы 4.1 необходимо воспользоваться следующими обозначениями и рас-
четными формулами:
I a – ток в цепи якоря двигателя постоянного тока, А;
I в – ток в цепи возбуждения двигателя постоянного тока, А;
I вн – номинальный ток в цепи возбуждения двигателя, А;
I = I в + I a – ток двигателя, А;
n – частота вращения якоря двигателя постоянного тока, об/мин;
nн – номинальная частота вращения якоря двигателя, об/мин;
U – напряжение на зажимах двигателя, В;
U г – напряжение на зажимах генератора, В;
I г – ток генератора, А;
η – коэффициент полезного действия двигателя, %;
η г – коэффициент полезного действия генератора, %;
Rа – сопротивление обмотки якоря, Ом;
Rв – сопротивление обмотки возбуждения, Ом;
Rн – сопротивление нагрузки в цепи генератора, Ом;
P2 нг – номинальная полезная мощность генератора, Вт;
P1г – потребляемая мощность генератора, Вт;
P2 – полезная мощность двигателя, Вт;
P2 н – номинальная полезная мощность двигателя, Вт;
P1 – потребляемая мощность двигателя, Вт;
M – момент на валу двигателя, H ⋅ м ;
P2 г = I г ⋅ U г ;
P2∗г = P2 г / P2 нг = (U г ⋅ I г ) / P2 нг ;
39
P1 = I ⋅ U ;
P1г = P2 г /η г ,
где η г – берется из графика, показанного на рисунке 4.10;
ηг
%
100
80
60
40
20
0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 о.е. 1,4
P2∗г
Рисунок 4.10 – Тарировочная характеристика генератора постоянного то-
ка
P2 = P1г ;
η = P2 / P1 ;
M = (60 ⋅ U г ⋅ I г ) /(2 ⋅ π ⋅ n ⋅ η г ) .
Расчетные данные необходимо занести в таблицу 4.1. По данным таблицы
4.1 нужно построить рабочие характеристики двигателя постоянного тока. Вид
этих характеристик показан на рисунке 4.11. Исходя из известного номиналь-
ной мощности P2 н , взятой из паспортных данных двигателя по рабочим харак-
теристикам нужно определить номинальные данные двигателя: I н , nн , η н и
сравнить их значения с паспортными данными двигателя.
40
Предыдущая
1
2
3
4
5
Следующая
Поставщики ресурсов
Авторам
Контакты
Обратная связь
Вопросы и ответы
summer
mastercard
sony ericsson k790i
raymond weil
snr roulements
fargo
-95
5004.13 ()