Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГАОУ ВПО Уральский Федеральный Университет
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Кафедра ЭЭТС
Реферат
Электрические двигатели и генераторы постоянного тока
Екатеринбург 2011
Основные определения и технические данные электрических машин
Значительное разнообразие типов и конструкций электрических машин, необходимость оценки и сравнения их характеристик привели к стандартизации основных понятий и определений, параметров и режимов работы машин.
Установленные термины и определения этих величин являются обязательными для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, технической и справочной литературе. Ниже приводятся основные из них, относящиеся ко всем типам вращающихся электрических машин независимо от их назначения и конструктивного исполнения.
Номинальными данными электрической машины 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 специфических данных в зависимости от типа и назначения машины.
Номинальные данные характеризуют условия работы машины, установленной на высоте до 1000 м над уровнем моря, при температуре окружающей среды 40 градусов Цельсия и охлаждающей воды 30 градусов Цельсия, если в стандартах или технических условиях на данный конкретный тип машины не установлена другая температура охлаждающей среды.
Режим работы электрической машины — установленный порядок чередования и продолжительности нагрузки, холостого хода, торможения, пуска и реверса машины во время ее работы. Номинальным режимом работы называется режим, для работы в котором электрическая машина предназначена.
Номинальная мощность — мощность, для работы с которой в номинальном режиме машина предназначена. Для различных типов машин номинальной мощностью является:
- Для генераторов переменного тока — полная электрическая мощность на выводах при номинальном коэффициенте мощности, В·А;
- Для генераторов постоянного тока — электрическая мощность на выводах машины, Вт;
- Для двигателей переменного и постоянного тока — механическая мощность на валу, Вт;
- Для синхронных и асинхронных компенсаторов — реактивная мощность на выводах компенсатора, вар.
Номинальное напряжение — напряжение, на которое машина рассчитана для работы в номинальном режиме с номинальной мощностью. Номинальным напряжением трехфазных машин является линейное напряжение.
Контрольная работа: Назначение и конструктивные особенности асинхронных ...
... тока, и с трехфазной или многофазной симметричной разноименнополюсной обмоткой на роторе. Машины такого исполнения называют просто «асинхронными машинами», в то время как асинхронные машины иных исполнений относятся к «специальным асинхронным машинам». Асинхронные машины ...
Номинальным напряжением ротора асинхронного двигателя с трехфазной обмоткой называют напряжение на выводах разомкнутой обмотки ротора при включенной на номинальное напряжение обмотке статора.
Номинальный ток — ток, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении.
Номинальное напряжение возбуждения — напряжение на выводах обмотки возбуждения машины с учетом падения напряжения под щетками при питании ее номинальным током возбуждения.
Номинальный ток возбуждения — ток возбуждения, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении.
Номинальная частота вращения — частота, соответствующая работе машины при номинальных напряжении, мощности тока и номинальных условиях применения.
Номинальные условия применения — условия, установленные стандартом на данный конкретный тип машины при номинальной частоте вращения.
Коэффициент полезного действия — отношение полезной мощности к затрачиваемой; для генераторов — отношение активной электрической мощности, отдаваемой в питающую сеть, к затрачиваемой механической мощности; для двигателей — отношение полезной механической мощности на валу к активной подводимой электрической мощности. Номинальный КПД — указанное отношение мощностей при работе машины с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения.
Коэффициент мощности машин переменного тока: для генераторов — отношение отдаваемой активной электрической мощности, Вт, к полной отдаваемой электрической мощности, В А; для двигателей — отношение активной потребляемой электрической мощности, Вт, к полной потребляемой электрической мощности, В А. Номинальный коэффициент мощности электрической машины — указанное отношение мощностей при работе машины в номинальном режиме, с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения.
Основные определения, относящиеся к условиям работы машины и ее характеристикам следующие.
Нагрузка — мощность, которую развивает электрическая машина в данный момент времени. Нагрузка может выражаться током, потребляемым или отдаваемым электрической машиной. Номинальная нагрузка соответствует номинальной мощности машины.
Практически неизменная нагрузка — нагрузка, при которой отклонение тока, напряжения и мощности машины от значений, соответствующих заданному режиму, составляет не более 3%, тока возбуждения и частоты — не более 1 %.
Симметричная трехфазная система напряжений — трехфазная система напряжений, в которой напряжение обратной последовательности не превышает 1 % напряжения прямой последовательности.
Симметричная система токов — трехфазная система, для которой ток обратной последовательности не превышает 5% тока прямой последовательности.
Ремонт машин переменного тока
... номинального напряжения машины, а площадь сечения их от мощности машины. Иногда при ремонте обмоток эл машины ... концы обмоток статора. асинхронный электродвигатель ремонт неисправность Неисправности эл. двигателей ... работает при номинальной нагрузке на валу, с частотой вращения меньше номинальной, ток в ... электрической и механической прочности, влагостойкости и нагревостойкости. Обмоткой эл. машины ...
Начальный пусковой ток электродвигателя — установившийся ток при неподвижном роторе, номинальном подведенном напряжении и номинальной частоте, соответствующих номинальным условиям работы двигателя.
Начальный пусковой момент электродвигателя — вращающий момент, развиваемый при неподвижном роторе, установившемся токе, номинальном подведенном напряжении и номинальной частоте.
Максимальный вращающий момент электродвигателя переменного тока — наибольший момент, развиваемый в установившемся режиме при номинальных напряжении и частоте, при соединении обмоток двигателя, соответствующем номинальным условиям работы.
Минимальный вращающий момент асинхронного двигателя — наименьший момент, развиваемый асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. В процессе разгона от неподвижного состояния до частоты вращения, соответствующей максимальному моменту при номинальных напряжении и частоте.
Критическое скольжение асинхронной машины — скольжение, при котором машина развивает максимальный вращающий момент.
Номинальное изменение напряжения электрических генераторов — изменение напряжения на выводах генератора, работающего на автономную сеть с неизменной и равной номинальной частотой вращения при изменении его нагрузки от номинальной до холостого хода.
Номинальное изменение частоты вращения электродвигателя — изменение частоты вращения двигателя, работающего при номинальном напряжении и номинальной частоте тока, при изменении нагрузки от номинальной до нулевой.
Надежность конструкции электрических машин определяется как свойство электрических машин сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и в условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения , и транспортирования.
Безотказность — свойство электрической машины непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.
Ремонт — экономически оправданный комплекс работ для восстановления работоспособности электрической машины путем замены изношенных элементов.
Межремонтный период — наработка электрических машин между двумя плановыми ремонтами.
Ремонтопригодность — приспособленность электрической машины к выполнению ремонтов для предупреждения и устранения отказов.
Резервирование — повышение надежности электрических машин введением избыточных, т. е. дополнительных средств и возможностей сверх минимально требуемых.
Модернизация — приведение характеристик находящихся в эксплуатации электрических машин в соответствие современными требованиями и улучшение их технических характеристик путем внедрения частичных изменений и усовершенствований.
К понятиям, характеризующим эксплуатацию электрических машин, относятся также понятия из области надежности (отказ, наработка, безотказность, работоспособность, ресурс, срок службы).
Электродвигатель постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую.
Электродвигатели постоянного тока в конструктивном отношении не отличаются от генераторов постоянного тока, так как электрические машины постоянного тока обратимы и могут работать как в генераторном, так и в двигательном режимах.
Технология ремонта якоря тягового электродвигателя
... системы постоянного тока в то время была возможность применения коллекторных двигателей постоянного тока, обладающих превосходными тяговыми и ... одним из трудоемких узлов в ремонте является тяговый электродвигатель локомотива. Восстановительный процесс должен ... строжайшее соблюдение установленной технологии является непременным условием безотказной работы тягового подвижного состава. Основным ...
При подаче постоянного напряжения к зажимам электрической машины постоянного тока в обмотках возбуждения и якоря возникает ток. В результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения в магнитопроводе статора, возникает электромагнитный момент электродвигателя, под действием которого якорь приходит во вращение. При этом электромагнитный момент, развиваемый двигателем, где см — коэффициент, зависящий от конструкции обмотки якоря и числа полюсов электродвигателя; Ф — магнитный поток одной пары главных полюсов электродвигателя; Iя — ток якоря двигателя.
При вращении якоря в его обмотке в результате пересечения магнитных силовых линий наводится ЭДС, которая при работе машины в режиме двигателя направлена против тока якоря и, так же как и при работе машины в режиме генератора, равна где n — частота вращения якоря электродвигателя; се — коэффициент, зависящий от конструктивных элементов машины.
Для изменения направления вращения электродвигателя постоянного тока необходимо изменить полярность напряжения, подводимого к якорю или обмотке возбуждения. В зависимости от способа включения обмотки возбуждения различают электродвигатели постоянного тока с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.
У двигателей с параллельным возбуждением обмотка рассчитана на полное напряжение питающей сети и включается параллельно цепи якоря.
Двигатель с последовательным возбуждением имеет обмотку возбуждения, которая включается последовательно с якорем, поэтому эта обмотка рассчитана на полный ток якоря.
Двигатели со смешанным возбуждением имеют две обмотки, одна включается параллельно, другая — последовательно с якорем.
При пуске электродвигателей постоянного тока (независимо от способа возбуждения) путем прямого включения в питающую сеть возникают значительные пусковые токи, которые могут привести к выходу их из строя. Это происходит в результате выделения значительного количества теплоты в обмотке якоря и последующего нарушения ее изоляции. Поэтому пуск двигателей постоянного тока производится специальными пусковыми приспособлениями. В большинстве случаев для этих целей применяется простейшее пусковое приспособление — пусковой реостат. Процесс пуска электродвигателя постоянного тока с пусковым реостатом показав на примере двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
Исходя из уравнения, составленного в соответствии со вторым законом Кирхгофа для правой части электрической цепи, ток якоря
В начальный момент пуска электродвигателя частота вращения якоря n = 0, поэтому противоэлектродвижущая сила, наводимая в обмотке якоря, в соответствии с полученным ранее выражением также будет равной нулю (Е=ceФn=0).
Сопротивление обмотки якоря Rя — величина довольно малая. Для того чтобы ограничить возможный при этом недопустимо большой пусковой ток в цепи якоря, последовательно с якорем независимо от способа возбуждения двигателя включается пусковой реостат (пусковое. сопротивление Rпуск).
Принцип работы машин постоянного тока конструкция машин постоянного тока
... возбуждения, неизменен во времени. Рис. 1. Поперечный разрез машины постоянного тока с кольцевой обмоткой якоря Конструкция машин постоянного тока Ста-тор машины по-стоянного тока ... тока. Самовозбуждение генератора протекает так же, как и у генератора параллельного возбуждения. Ток якоря ... направле-нием вращения. Щетки ... что правильно спроектированная и качественно изготовлен-ная машина постоянного тока ...
В этом случае пусковой ток якоря.
Сопротивление пускового реостата Rпуск рассчитывают для работы только на время пуска и подбирают таким образом, чтобы пусковой ток якоря электродвигателя не превышал допустимого значения. По мере разгона электродвигателя ЭДС, наводимая в обмотке якоря, вследствие возрастания частоты его вращения n возрастает (Е=сenФ), ток якоря при прочих равных условиях уменьшается, и сопротивление пускового реостата Rпуск необходимо постепенно уменьшать. После окончания разгона двигателя до номинального значения частоты вращения якоря ЭДС возрастает настолько, что пусковое сопротивление может быть сведено к нулю, без опасности значительного возрастания тока якоря.
Таким образом, пусковое сопротивление Rпуск в цепи якоря необходимо только при пуске. В процессе нормальной работы электродвигателя оно должно быть отключено, поскольку, во-первых, рассчитано на кратковременную работу во время пуска, а во-вторых, при наличии пускового сопротивления в нем будут возникать тепловые потери мощности, равные, существенно снижающие КПД электродвигателя.
Для электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, в соответствии со вторым законом Кирхгофа для якорной цепи (см. рис. 9.29) уравнение электрического равновесия имеет вид E=U — RяIя.
Из него следует, что при отсутствии нагрузки на валу и токе якоря Iя=0 частота вращения электродвигателя при данном значении питающего напряжения n=U/ceФ=n0
Частота вращения электродвигателя n0 является частотой вращения идеального холостого хода. Кроме параметров электродвигателя она зависит также от значения подводимого напряжения и магнитного потока. С уменьшением магнитного потока при прочих равных условиях частота вращения идеального холостого хода возрастает, поэтому в случае обрыва цепи обмотки возбуждения, когда ток возбуждения становится равным нулю, магнитный поток двигателя снижается до значения, равного значению остаточного магнитного потока Фост. При этом двигатель «идет в разнос», развивая частоту вращения, намного большую номинальной, что представляет определенную опасность как для двигателя, так и для обслуживающего персонала.
Частотная (скоростная) характеристика электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением nIя при постоянном значении магнитного потока ф=const и постоянном значении подводимого напряжения U = const имеет вид прямой 1. С увеличением нагрузки па валу, т. е. с увеличением тока якоря Iя, частота вращения электродвигателя уменьшается на значение, пропорциональное падению напряжения на сопротивлении цепи якоря Rя.
Для электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением уравнение электрического равновесия по второму закону Кирхгофа имеет вид U=E+(Rя+Rв)Iя, где Rв — сопротивление обмотки последовательного возбуждено двигателя.
С учетом того, что Е=сenФ, уравнение частотной характеристики электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением приводится к следующему виду:
Из уравнения также видно, что с уменьшением нагрузки, т. е. с уменьшением тока якоря и, как следствие этого, с уменьшением магнитного потока частота вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением резко возрастает, достигая большого значения при отсутствии нагрузки. Поэтому двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением «идут в разнос» в режиме холостого хода.
Техническая эксплуатация и ремонт двигателей постоянного тока
... некоторые важные вопросы пуска и работы двигателей постоянного тока. Из уравнения электрического состояния двигателя следует, что I я = (U -- E)/Rя (11) В рабочем режиме ток якоря I я ... в машине кругового огня.[3] 1.3 Момент двигателя постоянного тока Если обмотку возбуждения и якорь двигателя подключить к сети постоянного тока напряжением U то, возникает электромагнитный вращающий момент М ...
Двигатель постоянного тока со смешанным возбуждением, кроме обмотки параллельного возбуждения, магнитный поток которой Ф1=const при постоянном значении напряжения U=const, имеет последовательную обмотку возбуждения, магнитный поток Ф2 которой зависит от тока якоря, т. е. от его нагрузки. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для якорной цепи электродвигателя со смешанным возбуждением уравнение электрического равновесия и уравнение частотной характеристики имеют такой же вид, как и соответствующие уравнения, записанные для двигателя с последовательным возбуждением. Вследствие того что электродвигатели со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения, результирующий магнитный поток оказывается равным сумме магнитных потоков, создаваемых последовательной и параллельной обмотками возбуждения:
Ф=Ф1+Ф2,
где Ф1 и Ф2 — магнитные потоки, создаваемые параллельной и последовательной обмотками возбуждения.
Благодаря наличию двух обмоток возбуждения (последовательной и параллельной) свойства электродвигателей постоянного тока со смешанным возбуждением представляют собой нечто среднее между свойствами двигателей постоянного тока с параллельным и последовательным возбуждением. Поэтому частотная характеристика электродвигателя со смешанным возбуждением, располагается между частотными характеристиками двигателей постоянного тока с параллельным и последовательным возбуждением. Электродвигатели со смешанным возбуждением обладают улучшенными характеристиками по сравнению с двигателями с последовательным возбуждением и при отсутствии нагрузки на валу не «идут в разнос», так как частота вращения ограничивается при этом частотой вращения идеального холостого хода: n0=U/ceФ2.
Пренебрегая влиянием реакции якоря в процессе изменения нагрузки на валу, можно принять электромагнитный момент двигателя пропорциональным току якоря. Поэтому механические характеристики двигателей постоянного тока имеют такой же вид, как и соответствующие частотные характеристики. Электродвигатель с параллельным возбуждением имеет жесткую механическую характеристику (кривая 1), его частота вращения с ростом момента нагрузки снижается незначительно, так как ток возбуждения при параллельном включении обмотки возбуждения и соответственно магнитный поток двигателя остаются практически неизменяемыми, а сопротивление цепи якоря относительно мало.
Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением имеют мягкую механическую характеристику (кривая 2), поскольку с изменением момента нагрузки на валу изменяется ток якоря, а следовательно, и магнитный поток двигателя.
Двигатели постоянного тока со смешанным возбуждением имеют более мягкую механическую характеристику (кривая 3), чем двигатели с параллельным возбуждением, и более жесткую, чем двигатели с последовательным возбуждением.
Одной из важных характеристик электродвигателей постоянного тока является моментовая характеристика, т. е. зависимость электромагнитного момента от тока поля двигателя М (Iя).
Для двигателей с параллельным возбуждением эта зависимость определяется выражением М =смФIя. Пренебрегая влиянием реакции поря для этих двигателей, можно принять Ф=const, вследствие чего зависимость М(Iя) при U=const представится в виде прямой, проходящей через начало координат.
Проектирование тяговой подстанции переменного тока
... коммутационной (выключатели переменного и постоянного тока, разъединители, короткозамыкатели) и вспомогательной аппаратурой, большая часть которой работает в режиме автотелеуправления. Насыщенность тяговых подстанций разнообразной по ... 220 В: Ток длительной нагрузки 40 А. Ток аварийной нагрузки 24 А. 2. Составление однолинейной схемы главных электрических соединений тяговой подстанции. Схема главных ...
Для двигателей с последовательным возбуждением зависимость М(Iя) является более сложной, так как входящий в выражение М = смФIя магнитный поток является функцией тока поря. При некоторых допущениях для этих двигателем можно принять, что, где k — соответствующий коэффициент пропорциональности.
В результате моментовая характеристика двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением представится в виде квадратичной зависимости, проходящей через начало координат (кривая 1).
Рабочие характеристики двигателей постоянного тока представляют собой зависимости частоты вращения n, момента М, тока якоря Iя и КПД з от полезной мощности на валу Р2 электродвигателя, т. е. n(Р2), М(Р2), Iя(Р2), з(Р2) при неизменном значении напряжения на его зажимах U=const.
Анализ рабочих характеристик электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением показывает, что частота их вращения n с увеличением нагрузки несколько уменьшается. Зависимость полезного момента на валу двигателя от нагрузки Р2 представляет собой почти прямую линию, так как момент двигателя пропорционален нагрузке на валу: М = 9550P2/n. Искривление указанной зависимости объясняется некоторым снижением частоты вращения с увеличением нагрузки. При Р2=0 ток, потребляемый электродвигателем, равен току холостого хода. При увеличении мощности, развиваемой электродвигателем, ток якоря увеличивается приблизительно по той же зависимости, что и момент нагрузки на валу, так как при условии Ф=соnst ток поря пропорционален моменту нагрузки.
КПД электродвигателя с увеличением мощности на валу быстро нарастает и достигает максимального значения, когда переменные потери мощности в электродвигателе оказываются равными постоянным потерям в нем, т. е. при Рм=Рэв+Рэя+Рмех+Рдоб.
Рабочие характеристики электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением имеют несколько другой вид по сравнению с рабочими характеристиками двигателя с параллельным возбуждением, так как с изменением нагрузки на валу (мощности P2) изменяется и магнитный поток.
Рабочие характеристики электродвигателя постоянного тока со смешанным возбуждением представляют собой зависимости, занимающие в прямоугольной системе координат некоторое среднее положение между рабочими характеристиками двигателей с параллельным и последовательным возбуждением.
