- •ВВЕДЕНИЕ
- •1.1. Общие сведения по электрическим машинам
- •1.2. Классификация электрических машин
- •1.4. Принцип действия трансформатора
- •1.9. Принцип действия и устройство машины постоянного тока
- •2. ТРАНСФОРМАТОРЫ
- •2.1. Основные соотношения в трансформаторе
- •2.2. Виды трансформаторов и магнитопроводов
- •2.3. Типы и конструкция обмоток
- •2.4. Схемы и группы соединения трансформаторов
- •2.5. Расчет магнитной цепи, намагничивающий ток и ток холостого хода
- •2.6. Форма кривых намагничивающего тока и магнитного потока трансформатора
- •2.7. Уравнения напряжения и векторные диаграммы трансформатора
- •2.8. Схема замещения трансформатора
- •2.9. Опытное определение параметров схемы замещения
- •2.10. Энергетические диаграммы активной и реактивной мощностей трансформатора
- •2.11. Коэффициент полезного действия трансформатора. Зависимость КПД от нагрузки
- •2.12. Изменение вторичного напряжения при нагрузке. Внешняя характеристика трансформатора
- •2.13. Регулирование напряжения трансформатора
- •2.14. Параллельная работа трансформаторов
- •2.16. Включение ненагруженного трансформатора в сеть
- •2.17. Внезапное короткое замыкание
- •2.17. Перенапряжения в трансформаторах
- •3. РАЗНОВИДНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
- •3.1. Автотрансформаторы
- •3.2. Трехобмоточный трансформатор
- •3.3. Измерительные трансформаторы тока и напряжения
- •3.4. Сварочные трансформаторы
- •3.5. Трансформаторы преобразовательных установок
- •4. ОБМОТКИ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
- •4.2. Магнитодвижущие силы многофазных обмоток
- •4.3. Электродвижущие силы, индуцируемые в обмотках машин переменного тока
- •4.4. Схемы обмоток машин переменного тока
- •5. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
- •5.1. Асинхронная машина при неподвижном роторе
- •5.2. Фазорегуляторы и индукционные регуляторы напряжения
- •5.3. Работа асинхронной машины при вращающемся роторе
- •5.4. Схема замещения асинхронной машины
- •5.5. Расчет характеристик двигателей по схемам замещения
- •5.6. Механические характеристики
- •5.7. Влияние на механическую характеристику высших гармоник магнитного поля
- •5.8. Устойчивость работы асинхронного двигателя
- •5.9. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
- •5.10. КПД и коэффициент мощности асинхронного двигателя
- •5.11. Пуск в ход трехфазных асинхронных двигателей
- •5.12. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом
- •5.14. Многоскоростные двигатели
- •5.15. Торможение двигателей
- •6. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
- •6.1. Асинхронный автономный генератор
- •6.2. Однофазные асинхронные двигатели
- •6.3. Двухфазные управляемые асинхронные двигатели автоматических устройств
- •6.4. Асинхронный тахогенератор
- •6.5. Сельсины
- •6.6. Вращающиеся трансформаторы
- •7. СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
- •7.2. Характеристика холостого хода
- •7.3. Работа синхронного генератора при симметричной нагрузке
- •7.4. Математическая модель электромагнитных процессов в синхронном генераторе
- •7.5. Векторные диаграммы синхронных генераторов
- •7.6. Характеристики синхронных генераторов
- •7.7. Потери мощности и КПД синхронного генератора
- •7.8. Параллельная работа синхронных машин
- •7.9. Мощность и электромагнитный момент
- •7.10. Статическая устойчивость
- •7.12. Качания синхронных машин
- •7.13. Синхронные двигатели
- •7.14. Внезапное короткое замыкание синхронной машины
- •7.15. Несимметричные режимы работы синхронных генераторов
- •8. СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
- •8.1. Назначение и особенности рабочего режима
- •8.4. Синхронные гистерезисные двигатели
- •9. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
- •9.1. Магнитная цепь машины и метод ее расчета
- •9.2. Основные электромагнитные соотношения в машине постоянного тока
- •9.3. Магнитное поле машины постоянного тока
- •9.4. Напряжение между коллекторными пластинами и компенсационная обмотка
- •9.5. Коммутация
- •9.6. Потери мощности. Коэффициент полезного действия электрической машины
- •9.7. Генераторный режим работы машины
- •9.8. Параллельная работа генераторов постоянного тока
- •9.9. Двигательный режим работы машины
- •9.10. Пуск и реверсирование двигателей постоянного тока
- •9.11. Устойчивость работы двигателей
- •9.12. Двигатели параллельного возбуждения
- •9.13. Двигатели последовательного возбуждения
- •10. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
- •10.1. Исполнительные двигатели постоянного тока
- •10.2. Тахогенераторы
- •10.3. Бесконтактные двигатели постоянного тока
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
10. Специальные машины постоянного тока
10.СПЕЦИАЛЬНЫЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
10.1. Исполнительные двигатели постоянного тока
Микродвигатели постоянного тока, применяемые в автоматических устройствах для преобразования электрического сигнала в механическое перемещение вала, называются исполнительными двигателями.
В зависимости от конструкции якоря исполнительные двигатели постоянного тока подразделяют на двигатели с якорем обычного типа, полым (печатным) и беспазовым (гладким) якорем.
Двигатели с якорем обычного типа отличаются от машин постоянного тока нормального исполнения шихтованной системой полюсов и ненасыщенной магнитной системой. Первое необходимо, поскольку эти двигатели в основном работают в переходных режимах, второе − для уменьшения влияния реакции якоря. Вместо шихтованных полюсов с обмоткой возбуждения в двигателях часто устанавливают постоянные магниты.
Для уменьшения влияния реакции якоря и ЭДС самоиндукции коммутирующей секции и улучшения условий коммутации применяют двигатели с гладким якорем (рис. 10.1). Обмотку 1 такого якоря укладывают на наружной поверхности якоря 2. Ее выполняют в два слоя и заливают эпоксидной смолой с ферромагнитным наполнителем 3.
1 |
2 |
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
7 |
6 |
1 |
3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
Рис. 10.1. Фрагмент двигателя |
Рис. 10.2. Двигатель с полым якорем |
|
|
с гладким якорем |
|
447
10. Специальные машины постоянного тока
Микродвигатели этого типа имеют более высокое быстродействие по сравнению с машинами с зубчатым якорем из-за большей индукции в воздушном зазоре (индукция не ограничивается насыщением зубцов) и сниженного момента инерции якоря. Последнее возможно, поскольку лучшие условия коммутации позволяют значительно увеличить длину и уменьшить диаметр якоря.
Значительно снижена инерция в двигателях с полым якорем. Магнитный поток в них создается обмоткой возбуждения (рис. 10.2) или постоянными магнитами, якорь представляет полый стакан 1, расположенный между полюсами 2 с обмоткой возбуждения 3 и неподвижным ферромагнитным сердечником 4, который насаживают на втулку 5 подшипникового щита. Вместо сердечника внутри якоря может быть установлен неподвижный цилиндрический магнит. Обмотку якоря 6 укладывают на цилиндрический каркас и заливают эпоксидным компаундом, концы секций обмотки, как и в обычном двигателе, соединяют с пластинами коллектора 7. Обмотка может быть выполнена и фотохимическим способом (печатная обмотка). Момент инерции полого якоря невелик, благодаря чему существенно повышается быстродействие двигателя. Отсутствие насыщения в зубцах позволяет значительно увеличить индукцию в воздушном зазоре машины, то есть ее магнитный поток и номинальный вращающий момент по сравнению с микродвигателями, имеющими якорь обычного типа, что также способствует повышению быстродействия двигателя.
Поскольку секции обмотки якоря окружены не ферромагнитным материалом, а воздухом, они имеют гораздо меньшую индуктивность, что существенно улучшает условия коммутации двигателя. Щетки в таких микродвигателях работают практически без искрения даже при кратковременных перегрузках, вследствие чего можно применять большие форсировки для ускорения переходных процессов.
Недостатком микродвигателей с полым якорем является необходимость значительного увеличения МДС обмотки возбуждения, так как немагнитный зазор у них гораздо больше, чем в обычных двигателях, что приводит к увеличению потерь в обмотке возбуждения. Тем не менее КПД рассматриваемых двигателей из-за отсутствия магнитных потерь мощности имеет такую же величину, как и у микродвигателей с якорем обычной конструкции.
Разновидностью двигателя с полым якорем является двигатель с дисковым якорем, у которого печатная обмотка нанесена на немагнитный диск. Магнитный поток создается постоянными магнитами или электромагнитами, расположенными по одну сторону диска с обеих сторон.
В исполнительных двигателях постоянного тока с электромагнитным возбуждением обмотки якоря и главных полюсов питаются от двух независимых источников тока. Одна из них (условно называемая обмоткой
448
10. Специальные машины постоянного тока
возбуждения) подключена посто- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uв |
|
|
|
|
|
|
|
|
U у |
|
|
|
||||||
янно к источнику с неизменным |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
напряжением Uв, а на другую (об- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мотку управления) подается на- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пряжение управления Uу только |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при необходимости вращения вала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
двигателя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В зависимости от того, на ка- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кую обмотку подается управляю- |
|
|
|
|
|
U у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uв |
|
|
|
|||||||
щий сигнал, различают два способа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
управления исполнительными дви- |
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|||||
гателями − якорное (рис. 10.3, а) и |
|
|
|
|
|
Рис. 10.3. Схемы управления |
|
|
|
||||||||||||||
полюсное (рис. 10.3, б). В двигате- |
|
|
|
|
двигателями постоянного тока |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лях с возбуждением от постоянных магнитов (магнитоэлектрическое возбуждение) возможно только якорное управление.
Каждый из этих способов управления имеет свои преимущества и недостатки. При полюсном управлении меньше мощность управления, а при якорном − выходные характеристики параллельны и линейны. Линейность выходных характеристик является серьезным достоинством управляемых двигателей постоянного тока.
10.2. Тахогенераторы
Тахогенераторы относят к информационным машинам, то есть к машинам от которых требуется высокая точность преобразования электрических или механических входных сигналов управления соответственно в механические или электрические выходные величины, находящиеся в строго постоянной вполне определенной функциональной зависимости от входных сигналов. Тахогенераторы преобразуют частоту вращения механизма, с валом которого они соединены, в строго пропорциональное выходное напряжение:
U |
|
= kn = k |
dα |
, |
(10.1) |
|
г |
1 |
dt |
|
|
где n – частота вращения; α – угол, на который перемещается вал механизма, связанного с тахогенератором.
Всистемах автоматики тахогенераторы служат для:
•измерения частоты вращения (в этом случае выходное напряжение подается на вольтметр, шкала которого отградуирована в об/мин);
•осуществления обратной связи по скорости в следящих системах;
449
10.Специальные машины постоянного тока
•осуществления электрического дифференцирования (U = k1 (dα/dt))
и интегрирования (α = k1 ∫Uг(t)dt) .
1
Тахогенераторы постоянного тока по принципу действия и конструктивному оформлению представляют собой машины постоянного тока чаще с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 10.4, а), реже – с электромагнитным возбуждением (рис. 10.4, б). В них используют якорь обычного типа, полый или дисковый с печатной обмоткой.
Выходное напряжение тахогенератора Uг выражают, как и напряжение обычного генератора постоянного тока, через ЭДС якоря Ег, падение напряжения в обмотке якоря rгIг и падение напряжения на щеточном контакте ∆Uщ:
Uг = Eг − rIг − Uщ . |
(10.2) |
|
Представив в (10.2) ЭДС по (9.25), ток через напряжение и сопро- |
||
тивление нагрузки: |
Rн , |
(10.3) |
Iг =Uг |
||
получим: |
|
|
Uг = ceΦn −(Uг |
Rн)r − Uщ . |
(10.4) |
Решив это равенство относительно напряжения Uг, найдем выражение для выходного напряжения:
U |
г |
= |
|
|
ceΦn |
|
− |
Uщ |
|
. |
(10.5) |
|
1 |
+ r R |
1+ r R |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
г |
н |
|
г |
н |
|
|
|
|
U |
Rн |
R |
1 2 3 |
|
н |
|
4
|
Uв |
0 |
nmin |
n |
|
Зона |
|
||
|
|
|
||
|
|
Uг′ |
нечувствительности |
|
|
|
|
|
|
а |
б |
|
|
в |
Рис. 10.4. Схемы возбуждения и характеристики тахогенератора
450