Кулик Ю.А. Электрические машины

Подождите немного. Документ загружается.

Для уменьшения амплитуды пульсации коллектор выполняют с большим числом пластин,

чем в генераторах общего применения.

Зависимость напряжения на выходе тахогенератора от скорости вращения при

постоянном сопротивлении нагрузки называется выходной характеристикой

тахогенератора. От тахогенератора требуется возможно большая линейность выходной

характеристики.

Выделяя в уравнении напряжения генератора (2.19) падение напряжения ΔU

в щеточных

контактах, получаем выражение напряжения тахогенератора для установившегося режима

Коэффициент k, который является тангенсом угла а наклона выходной характеристики к

оси абсцисс (рис. 2.39), называют крутизной выходного напряжения.

Обычно крутизну определяют числом вольт выходного нап-

Рис. 2.39. Влияние сопротивления переходного контакта на выходную характеристику тахогенератора

ряжения на 1000 об/мин. В маломощных тахогенераторах, предназначенных для

специальных схем, крутизна составляет 3—5 в на 1000 об/мин, в тахогенераторах общего

применения 50—100 в.

Из выражения (2.22) следует, что крутизна выходного напряжения тахогенератора зависит

от величины нагрузочного сопротивления R

усилителя или вольтметра, на которое

замыкаются щетки тахогенератора.

Реакция якоря тахогенератора уменьшает поток Ф, в результате чего, согласно (2.22),

выходные характеристики тахогенератора имеют меньшую крутизну и при изменении

тока становятся нелинейными. При увеличении нагрузочного сопротивления R

линейность выходной характеристики и крутизна возрастают (рис. 2.40, пунктир).

Выражение (2.21) показывает, что вследствие падения напряжения под щетками выходная

характеристика тахогенератора сдвигается вниз на величину ΔU'

(рис. 2.39). В результате

появляется мертвая зона оа, в пределах которой вращающийся тахогенератор не дает

напряжения. Для уменьшения падения напряжения в щеточном контакте выбирают самые

мягкие щетки с наименьшим переходным сопротивлением. В некоторых случаях

применяют металлические щетки с серебряными напайками в местах соприкосновения с

коллектором. Этим достигается резкое уменьшение смещения выходной характеристики.

Сопротивле

ние обмотки возбуждения и, как следствие этого, ток возбуждения I

весьма

значительно изменяются с повышением

Рис. 2.40. Выходные характеристики тахогенератора при разных сопротивлениях вольтметра: 1 —

сопротивление вольтметра 10 000 ом; 2 — сопротивление вольтметра 5 000 ом; 3 — сопротивление

вольтметра 2 000 ом

Рис. 2.41. Конструктивная схема двухколлекторного радиогенератора

Рис. 2.42. Конструктивная схема двухякорного радиогенератора

температуры. Это ведет к изменению выходной э. д. с. Тахогенераторы с постоянными

магнитами значительно менее чувствительны к изменению температуры. Для уменьшения

влияния температуры на точность измерений тахогенератора при независимом

электромагнитном возбуждении магнитную систему делают сильно насыщенной.

Электродвижущая сила тахогенератора пропорциональна скорости вращения, которая

представляет собой производную угла по времени. Это дает возможность использовать

тахогенераторы для электрического дифференцирования в счетно-решающих устройствах,

а также для получения ускоряющих и замедляющих сигналов, которые являются

производными по времени от соответствующих координат, задаваемых схемами

автоматики.

Радиогенераторы. На радиостанциях используются два напряжения постоянного тока:

низкое (обычно 15 в) для питания накала электронных ламп и высокое (обычно 750—

1500 в) для питания анодных и сеточных цепей ламп.

Генераторы для питания радиостанций мощностью до 1 квт выполняются

двухколлекторными (рис. 2.41) с двумя независимыми якорными обмотками на разные

напряжения, которые расположены в общих пазах. Радиогенераторы мощностью более 1

квт выполняются с двумя отдельными якорями и магнитными системами,

расположенными в общем корпусе (рис. 2.42). Генераторы имеют двух или

четырехполюсное исполнение, выполняются закрытыми и обязательно имеют защитные

от радиопомех фильтры и экранирование.

Обмотка возбуждения генераторов присоединяется параллельно к цепи якоря низкого

напряжения. Таким образом, по отношению к цепи низкого напряжения радиогенератор

является генератором с параллельным возбуждением, а по отношению к цепи высокого

напряжения — генератором с независимым возбуждением. Таким образом, при изменении

напряжения цепи низкого напряжения изменяется ток возбуждения, что в свою очередь

оказывает влияние на величину высокого напряжения. Регулирование напряжения

осуществляется изменением сопротивления реостата в цепи возбуждения.

Радиогенераторы обычно приводятся во вращение двигателями внутреннего сгорания.

Для переносных радиостанций и для аварийных режимов используются радиогенераторы

с ручным или с ножным приводом через редуктор.

ВОПРОСЫ

1. Какие системы возбуждения имеют генераторы постоянного тока? Какими преимуществами обладает

компаундный генератор? Почему внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения имеет

более падающий характер, чем генератора независимого возбуждения? В одинаковой ли степени опасно

короткое замыкание для генераторов независимого и параллельного возбуждения?

2. Частью какой кривой является кривая размагничивания постоянного магнита? Какое влияние может

оказать реакция якоря на постоянный магнит? В каком случае восстанавливается и в каком случае не

восстанавливается индукция постоянного магнита после его размагничивания?

3. Может ли быть значение индукции находящегося в машине постоянного магнита равно В

? Как влияет

воздушный зазор на характеристики постоянного магнита?

4. Может ли иметь место самовозбуждение у полностью размагниченного генератора? Чем отличается

тахогенератор от обычного генератора постоянного тока? Может ли обычный генератор работать как

тахогенератор и наоборот? Почему тахогенератор не выполняют с самовозбуждением? Какие преимущества

и недостатки имеют тахогенераторы с независимым возбуждением и с возбуждением от постоянных

магнитов?

5. Почему в тахогенераторе нарушается линейная зависимость между выходным напряжением и скоростью

вращения? Как влияет величина нагрузочного сопротивления на выходную характеристику тахогенератора?

Чем обусловлено наличие зоны нечувствительности? Каким образом при помощи тахогенератора может

быть осуществлено дифференцирование углового или линейного перемещения?

6. Какие конструктивные особенности имеют радиогенераторы? Какую систему возбуждения имеют

радиогенераторы?



§ 2.6. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Общие сведения. Электромашинным усилителем (ЭМУ) называется генератор

постоянного тока, предназначенный для усиления по мощности сигналов, подаваемых на

обмотку возбуждения. Обычный генератор тоже является ЭМУ, однако он не

удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ЭМУ, так как не обладает достаточным

быстродействием и имеет низкий коэффициент усиления. Для получения большого

коэффициента усиления и малой инерционности схема обмоток и конструкция ЭМУ

должны существенно отличаться от применяемых в обычных генераторах постоянного

тока.

В системах автоматического регулирования ЭМУ нашли широкое применение. Они

являются быстродействующими, дают весьма большое усиление, имеют значительную

перегрузочную способность и обладают высокими технико-экономическими и

эксплуатационными показателями. ЭМУ способен в значительных пределах сохранять

пропорциональность между входным сигналом и выходной величиной. Мощность

управления (входа) ЭМУ весьма мала. Мощность выхода усилителя, определяющую его

габариты, называют мощностью усилителя. Усиление мощности в ЭМУ происходит за

счет механической энергии первичного двигателя (рис. 2.43).

Рис. 2.43. Энергетическая диаграмма ЭМУ

Электромашинный усилитель продольного поля. Электромашинный усилитель

продольного поля представляет собой генератор постоянного тока с несколькими

обмотками возбуждения, одна из которых соединена по схеме самовозбуждения, обычно

параллельного (рис. 2.44), в некоторых случаях последовательного или компаундного.

Чтобы ЭМУ не мог самовозбуждаться, сопротивление обмотки самовозбуждения

выбирают равным или большим критического. Магнитную систему выполняют

слабонасыщенной, с небольшим магнитным сопротивлением. Обмотки независимого

возбу

ждения ОУ называют обмотками управления.

Рассмотрим рабочий процесс ЭМУ продольного поля. Если ток в обмотках управления

отсутствует, то характеристики холостого хода и обмотки возбуждения не пересекаются

(рис. 2.45), так как α≥α

кр

, поэтому машина не возбуждается.

Рис. 2.44. Схема ЭМУ продольного поля

Рис. 2.45. Напряжение на зажимах якоря ЭМУ продольного поля с параллельной обмоткой

самовозбуждения

за счет потока обмотки самовозбуждения, так как м. д. с. обмоток управления и

самовозбуждения складываются. Для определения напряжения на якоре ЭМУ

характеристику обмотки самовозбуж-

Коэффициент усиления ЭМУ продольного поля достигает 100 и выше.

Электромашинный усилитель поперечного поля. Для повышения коэффициента

усиления выполняют две ступени усиления. Простейшая схема двухступенчатого

усилителя может состоять из двух генераторов независимого возбуждения (рис. 2.46). Эта

схема стоит значительно дороже, чем одномашинный усилитель. Ее недостатком является

большая инерционность, поэтому для целей автоматического регулирования она

непригодна.

В ЭМУ поперечного поля обе ступени усиления объединены в одной машине. Первая

ступень состоит из обмотки управления и якоря, который замкнут накоротко щетками q

— q, расположенными по геометрической нейтрали, (рис. 2.47). В этой ступени усиления

при вращении машины небольшая м. д. с. обмотки управления создает значительную

поперечную реакцию якоря F

(рис. 2.48).

Во второй ступени усиления на продольных щетках d — d возникает напряжение, которое

создается э. д. с, индуктируемой в обмотке якоря при его вращении в поле, создаваемом м.

д. С. поперечной реакции якоря F

. Напряжение U

вых

на щетках d — d является

выходным. Таким образом, ЭМУ поперечного поля представляет собой одноякорный

двухступенчатый усилитель, у которого поток второй ступени создается поперечной

реакцией якоря первой ступени. Отсюда и название — усилитель поперечного поля.

Если напряжение U

вых

подсоединено к какому-либо нагрузочному сопротивлению, то по

якорю через щетки d — d проходит ток I

вых

. Создаваемая им реакция якоря F

является

продольной и

направлена встречно по отношению к м. д. с. обмотки управления. Для компенсации

продольной реакции якоря предусматривается компенсационная обмотка КО,

соединенная последовательно с якорем через щетки d — d. Сопротивление r

(см. рис.

2.47) позволяет регулировать степень компенсации. Для улуч-

Рис. 2.46. Двухступенчатый усилитель, состоящий из двух генераторов независимого возбуждения

Рис. 2.47. Схема ЭМУ поперечного поля

Рис. 2.48. Распределение потоков и токов ЭМУ поперечного поля: а — распределение потоков; б —

распределение тока первой ступени усиления; в — распределение тока второй ступени усиления; г —

секторы якоря

шения коммутации тока выходной цепи устанавливают дополнительные полюса ЦП.

Сравнивая распределение тока якоря в первой (рис. 2.48, б) и второй (рис. 2.48, в)

ступенях усиления, видим, что в проводниках обмотки якоря, расположенных в секторах 1

и 3 (рис. 2.48, г), протекает сумма токов первой (I

) и второй (I

вых

) ступеней, а в секторах 2

и 4 — их разность. Результирующий ток, определяющий потери якоря, равен

Рис. 2.49. Разрез ЭМУ поперечного поля:

1 — щеткодержатель; 2 — щит коллекторный; 3 - коллектор; 4 — обмотка управления; 5 — обмотка якоря;

6 — корпус; 7 — сердечник статора ЭМУ; 8 — сердечник якоря ЭМУ; 9 — вал; 10 — обмотка статора

приводного двигателя; 11 — подшипниковый щит; 12 — вентилятор; 13 — кожух вентилятора; 14 —

подшипник

Обычно I

= (0,25÷0,35)I

вых

. При I

= 0,3I

вых

эквивалентный ток I, определяющий сечение

обмотки якоря, отличается от выходного всего на 5%.

Коэффициент усиления ЭМУ поперечного поля во много раз больше, чем продольного, он

может превышать 10000. Постоянная времени ЭМУ поперечного поля составляет всего

0,1÷0,3 сек.

Рис. 2.50. Размещение обмоток в статоре ЭМУ

Конструктивное выполнение ЭМУ поперечного поля. Обычно ЭМУ поперечного поля

мощностью до 1—2 квт выполняется в одном корпусе с приводным двигателем (рис.

2.49). Якори ЭМУ (А) и приводного двигателя (В) насаживаются на один вал. Статор ЭМУ

выполняется с неявно выраженными полюсами (сравнить статор ЭМУ, рис. 2.50, и

обычной машины постоянного тока, рис. 2.1). Пакет статора собирается из листов

электротехнической стали, в которых выштампованы три вида пазов: большие, средние и

малые. Благодаря наличию двух больших пазов в магнитной системе статора образуются

два неявно выраженные полюса, расщепленные средними и малыми пазами. В больших

пазах размещаются обмотки управления ОУ

и OУ

, а также часть компенсационной

обмотки КО. Остальная компенсационная обмотка КО размещается в малых пазах. В

средних пазах размещается обмотка дополнительных полюсов ДП.

Остаточное намагничивание неблагоприятно сказывается на работе ЭМУ, особенно при

изменении направления сигнала на об-

мотке управления. В этом случае нарушается однозначность зависимости между

входными и выходными величинами.

В ЭМУ применяется электротехническая листовая сталь с пониженным значением

остаточной индукции. В некоторых случаях для уменьшения остаточного магнетизма на

ярмо статора наматывают специальную размагничивающую обмотку РО (рис. 2.50), по

которой пропускают переменный ток (обычно 50 гц). Переменный поток, создаваемый

этой обмоткой, не проходит в якорь, но перемагничивает сталь ярма, что уменьшает

действие ее остаточного магнетизма.

Коэффициент усиления. Обычно ЭМУ поперечного поля имеют двухполюсное

исполнение, поэтому при выводе выражения коэффициента усиления принимаем 2р = 2.