Оснач О.Ф. Товарознавство. Промислове обладнання, прилади, інструменти
Подождите немного. Документ загружается.
61
Розділ 2. Електричні машини
1
2
4
3
Рис. 2.3. Схема побудови генератора
з електромагнітами і сталевим
якорем 1 – обмотка збудження,
2 – північний полюс магніту,
3 – південний полюс магніту,
4 – якір
Рис.2.4. Полюсний сердечник
з обмоткою збудження
цей називається збудженням генератора. Для збудження гене
ратора по його обмотці збудження необхідно пропустити струм,
що називається струмом збудження.
На полюсних сердечниках кріпляться полюсні котушки.
З’єднані за визначеною схемою, вони утворюють обмотку збуд
ження. У машинах великої потужності полюсні сердечники
виготовляються окремо від станіни і за допомогою спеціальних
болтів кріпляться до станіни (рис.2.4).
Найважливішою класифікаційною ознакою машин постійно
го струму є спосіб збудження головного магнітного поля. За
цією ознакою генератори розділяються на два основних типи:
генератори з незалежним збудженням і генератори із самоз
будженням.
У генераторах із незалежним збудженням живлення обмот
ки збудження здійснюється від стороннього джерела електрич
ної енергії (частіше всього від акумуляторної батареї) або від
іншого генератора постійного струму. У генераторах із самоз
будженням живлення обмотки збудження здійснюється від
самого генератора, тобто він сам себе збуджує.
«Товарознавство»
62
Генератори постійного струму із самозбудженням розді
ляються за способом включення обмоток збудження на три
типи: генератори з паралельним, послідовним і змішаним
збудженням.
Генератор із паралельним збудженням. Обмотка збуджен
ня генератора з паралельним збудженням з’єднана паралельно
з обмоткою якоря і зовнішнього кола. Генератор із паралельним
збудженням має такі властивості: збуджується при розімкнуто
му зовнішньому ланцюзі і не збуджується, якщо його якір зам
кнутий накоротко. Так відбувається тому, що при короткому
замиканні якоря струм в обмотку збудження не йде. Напруга
генератора деякою мірою залежить від навантаження. Генера
тори з паралельним збудженням менше за інші типи машин
бояться коротких замикань.
Генератор із послідовним збудженням. Обмотка збуджен
ня генератора з послідовним збудженням з’єднується по
слідовно з обмоткою якоря і зовнішнього ланцюга. Обмотка
збудження складається з малої кількості витків товстого дро
ту і має незначний опір. Тому падіння напруги на ній при
роботі генератора невелике. Потужний магнітний потік у да
ному випадку утворюється тому, що по обмотці збудження
проходить великий струм (струм якоря). При розімкнутому
зовнішньому ланцюзі збудження генератора неможливе. Для
збудження генератора необхідно замкнути зовнішній ланцюг
на невеликий опір. Генератор із послідовним збудженням
боїться коротких замикань.
Генератор із змішаним збудженням має дві обмотки збуд
ження: одна включена паралельно з обмоткою якоря і зовніш
нього ланцюга, інша послідовно. Обмотка, включена паралель
но, служить для створення основного магнітного потоку
полюсів, а обмотка, включена послідовно, – для підтримки по
стійної напруги на затисках генератора при збільшенні наван
таження. Генератор із змішаним збудженням збуджується як
при розімкнутому, так і при замкнутому зовнішньому ланцюзі.
Генератори постійного струму застосовуються в зварювальних
апаратах, в освітлювальній системі пасажирських потягів та ін.
63
Розділ 2. Електричні машини
2.1.3. Електродвигуни постійного струму
Електричні машини, що перетворюють електричну енергію
в механічну, називаються електродвигунами. Першу електрич
ну машину сконструював у 1834 р. російський вчений Борис
Семенович Якобі.
У 1838 р. Якобі вперше у світі практично застосував свою
електричну машину для приведення в обертання гребного гвин
та човна.
Як було зазначено вище, машина постійного струму може
працювати як генератором, так і електродвигуном. Тому гене
ратори й електродвигуни мають однакову конструкцію.
Зазначимо, що в розглянутому нами випадку роботи елект
ричної машини як електродвигуна напрямок струму в рамці та
кий же, як у випадку роботи її як генератора, однак напрямок
обертання якоря генератора й електродвигуна протилежний.
При одночасній зміні напрямку струму в якорі і в обмотці
збудження напрямок обертання не зміниться. Зазвичай зміну
напрямку обертання якоря (реверсування) здійснюють зміною
напрямку струму в якорі.
Як і генератори, електродвигуни постійного струму бувають
трьох типів: із паралельним, послідовним і змішаним збудженням.
Електродвигун із паралельним збудженням має такі властивості:
швидкість обертання якоря електродвигуна при зміні на
вантаження в межах від холостого ходу і до номінально
го змінюється в незначних межах (залишається практич
но постійною);
електродвигун може працювати вхолосту (без зовнішнь
ого навантаження), при цьому обмотка збудження повин
на бути підключена до повної напруги мережі;
обертаючий момент електродвигуна пропорційний струму
якоря, тому що магнітний потік залишається постійним;
струм, який споживається електродвигуном із мережі,
прямо пропорційний навантаженню двигуна.
Якщо електродвигун із паралельним збудженням обертаєть
ся без навантаження (вхолосту), то при обриві ланцюга збуд
ження він розвиває неприпустиму кількість обертів.
«Товарознавство»
64
Електродвигун із послідовним збудженням.. Струм, який
споживається електродвигуном, проходить через якір і через
обмотку збудження. Через це магнітний потік не залишаєть
ся весь час постійним, як в електродвигуні з паралельним
збудженням, а змінюється зі зміною струму якоря і, отже, за
лежить від навантаження.
Електродвигун із послідовним збудженням має такі власти
вості:
зі зміною навантаження швидкість обертання якоря різко
змінюється;
електродвигун можна пускати в хід лише при наявності
навантаження, інакше двигун піде «вразнос»;
при пуску в хід, а також при перевантаженнях двигун
розвиває великий обертаючий момент;
струм, який споживається із мережі, із збільшенням на
вантаження збільшується в меншій мірі, ніж в електрод
вигуні з паралельним збудженням.
Електродвигуни з послідовним збудженням застосовують
ся як тягові двигуни у трамваях, електровозах, а також у
підйомних кранах.
Електродвигун із змішаним збудженням. Ці електродвигу
ни за своєю характеристикою займають проміжне положення
між електродвигунами з послідовним і паралельним збуджен
ням. При відсутності навантаження (при холостому ході) елек
тродвигун працює як двигун із паралельним збудженням.
Двигуни постійного струму коштують у три – п’ять разів
дорожче ніж асинхронні двигуни змінного струму і вима
гають великих витрат на обслуговування. Тому вони зна
ходять застосування в тих випадках, коли їх особливі вла
стивості (широкі межі регулювання швидкості обертання і
можливість одержання спеціальних механічних характери
стик) відіграють вирішальне значення. Двигуни постійного
струму застосовують на залізничному транспорті, у трамва
ях, тролейбусах, у приводах підйомних пристроїв, у мета
лургії, у приводах прокатних станів, на судах з електричною
передачею для обертання гребних ґвинтів. Величезна різно
65
Розділ 2. Електричні машини
манітність механізмів, що працюють у різноманітних умо
вах, висуває особливі вимоги до електродвигунів. Наприк
лад, металоріжучі верстати повинні працювати з кутовою
швидкістю, що не залежить від навантаження, тобто двигу
ни повинні мати жорсткі механічні характеристики. Цій
вимозі добре задовольняють двигуни постійного струму з
незалежним або паралельним збудженням.
Можливість регулювання швидкості обертання дає змогу
застосовувати зазначені двигуни в підйомних кранах, у тек
стильній, металургійній промисловості, рідше у вентиляторах і
насосах, на транспорті. Часто, наприклад, при намотуванні бух
ти на котушку, обробці торців деталей і т.д. зміна швидкості
повинна підкорятися деякому визначеному закону.
Досить економічне, глибоке і плавне регулювання частоти
обертання зробили їх незамінними протягом багатьох деся
тиліть. Але в останні роки широке використання тиристорних
регуляторів частоти дозволило застосовувати для цих цілей
асинхронний двигун, що поступово почав витискати двигун
постійного струму насамперед на транспорті.
2.1.4. Електричні мікромашини постійного струму
Електричні машини невеликої потужності (до 600 Вт) на
зиваються мікромашинами.
Тахогенератори
Тахогенератор – це пристрій для перетворення механічно
го обертання в електричний сигнал ( вихідна напруга пропор
ційна частоті обертання).
Тахогенератори постійного струму виконують із постійни
ми магнітами на статорі або з електромагнітним збудженням від
незалежного джерела постійного струму. У них використову
ють якір звичайного типу з барабанною обмоткою, а також
порожній або дисковий із печатною обмоткою. При незмінно
му струмі збудження ЕРС пропорційна частоті обертання, що
є основою для використання машини постійного струму як
тахогенератора.
«Товарознавство»
66
Переваги і недоліки. Перевагами тахогенераторів постійного
струму є: малі габарити і маса при великій вихідній потужності;
відсутність фазової погрішності, що обумовлено роботою на
активне навантаження; крім того, у машинах із постійними
магнітами не потрібно мати допоміжне джерело електричної
енергії для збудження. Однак у порівнянні з тахогенераторами
змінного струму вони мають ряд недоліків: складність конст
рукції, високу вартість, нестабільність вихідної характеристики,
пульсації вихідної напруги і радіоперешкоди.
Мікродвигуни
Мікродвигуни постійного струму застосовуються в автома
тичних пристроях і використовують для обертання різних ме
ханізмів і перетворення електричного сигналу в механічне пе
реміщення вала. В останньому випадку їх називають
виконавчими двигунами постійного струму.
Мікродвигуни постійного струму, які застосовуються в ав
томатичних пристроях, бувають із збудженням від постійних
магнітів (ДПМ), із повним ротором (ДПР), безпазовим якорем,
печатною обмоткою якоря, напівпровідниковими регуляторами
швидкості обертання (РС), безнитковими (БМПТ) і універсаль
ними колекторами (УКД).
З виконавчих двигунів постійного струму найкращими вла
стивостями володіє двигун із якірним управлінням. Для нього
характерний швидкий розгін двигуна. Основним недоліком
двигуна з якірним управлінням є порівняно велика потужність
управління.
Для двигуна з полюсним управлінням характерна невели
ка потужність управлінням і гарне використання машин. Од
нак усі інші властивості цього двигуна значно гірші, ніж двигу
на з якірним управлінням, тому в сучасних автоматичних
пристроях застосовують, головним чином, виконавчі двигуни
з якірним управлінням і тільки в окремих випадках (при малій
потужності двигуна) використовують полюсне управління.
67
Розділ 2. Електричні машини
Універсальні колекторні двигуни
У пристроях автоматики і різних електропобутових прила
дах широко застосовують універсальні колекторні двигуни по
тужністю від декількох ватів до декількох сотень ватів, що мо
жуть працювати від джерел як постійного струму, так і
однофазного струму.
Розглянутий двигун влаштований так само, як і двигун по
стійного струму з послідовним збудженням.
Електромашинні підсилювачі (ЕМП)
ЕМП застосовують у схемах автоматики для підсилення
керуючих сигналів, одержуваних від різних датчиків, сельсинів,
поворотних трансформаторів та інших пристроїв.
ЕМП являють собою спеціальні електричні генератори
постійного або змінного струму, вихідна потужність яких
може змінюватися в широких межах шляхом зміни потуж
ності управління. Відношення вихідної потужності до по
тужності управління називають коефіцієнтом підсилення по
потужності. Сучасні ЕМП мають дуже великі коефіцієнти
підсилення, необхідні для підсилення порівняно слабких
керуючих сигналів.
Найпростішим ЕМП є звичайний генератор постійного
струму з незалежним збудженням, у якого потужність, що по
дається на обмотку збудження (управління), у багато разів
менша від потужності, яку одержують на виході від обмотки
якоря. Посилення потужності в цій машині відбувається за ра
хунок механічної енергії, що поступає від приводного двигу
на, що є характерним і для всіх інших ЕМП. Однак у генера
торах із незалежним збудженням не можна одержати великі
коефіцієнти підсилення, необхідні для сучасних систем авто
матичного регулювання, тому розроблений ряд спеціальних
машин. Існують різні типи ЕМП постійного і змінного стру
му з різними принципами дії.
«Товарознавство»
68
Вимоги до мікромашин
До окремих видів мікромашин висуваються специфічні ви
моги, що обумовлені особливостями їх експлуатації. Так, мікро
машини, що застосовуються в аудіозаписуючій та аудіовідтво
рювальній апаратурі, повинні мати низький рівень створюваних
шумів. Мікромашини, що використовуються в радіоапаратурі,
комп’ютерній техніці, не повинні створювати значних радіопе
решкод. Усі ці обмеження призводять до збільшення габаритів,
маси, погіршення енергетичних показників.
2.1.5. Номінальні дані та позначення
електричних машин постійного струму
Номінальні дані – це параметри, що характеризують основні
енергетичні показники машини та умови роботи, на які вона
розрахована.
Номінальними величинами електричних машин постійно
го струму є:
потужність (кВт) – для генератора електрична потужність
на затискачах, для двигуна – механічна потужність на валу
швидкість обертання (об/хв) – для двигуна
напруга на затискачах машини (В) – для генератора
дозволена (номінальна) зміна швидкості обертання (%)
дозволена (номінальна) зміна напруги (%)
струм
режим роботи ( тривалий, короткочасний)
Номінальна потужність електричної машини – по
тужність, на яку розрахована дана машина за умовами на
грівання та безаварійної роботи протягом установленого тер
міну експлуатації. Номінальні потужності всіх видів
електричних машин стандартизовані, так само стандартизо
вані і номінальні частоти обертання. Електричні машини ви
пускають на стандартні напруги, узгоджені зі стандартними
напругами електричних ланцюгів (220 В, 380 В), стандартна
напруга генераторів на 5–10% вища, ніж двигунів, що викли
кано втратами напруги в електричних ланцюгах.
69
Розділ 2. Електричні машини
Електричні машини можуть працювати і за неномінальних
умов, однак при роботі в цих умовах енергетичні показники
будуть відрізнятися від паспортних даних. Зазвичай при наван
таженнях, менших від номінальних, ККД і коефіцієнт потуж
ності машини менші від номінальних. При навантаженнях,
більших за номінальні, з’являється небезпека надмірного підви
щення температури частин машини, що може призвести до
передчасного виходу з ладу машини.
Нерідко вирішальне значення при виборі двигуна мають
економічні показники: ККД, маса, габарити, вартість двигуна і
його установки, витрати по експлуатації і ремонту. У двигунів
постійного струму варто контролювати настроювання кому
тації, відсутність нагару на щітках і колекторі, натискання і знос
щіток, знос колекторних пластин і т.ін. Однак найбільш важким
завданням є вибір потужності двигуна, яка визначається роз
рахунками і залежить, головним чином, від його нагрівання.
У структуру позначень машин постійного струму входять
такі компоненти:
найменування серії: 2П, 4П,
виконання за способом захисту і вентиляції (захищене
виконання – машини, захищені від випадкового дотику
до обертових частин та частин зі струмом, а також від по
трапляння усередину сторонніх предметів; закрите вико
нання – виключає безпосереднє сполучення між їх
внутрішнім середовищем та навколишнім середовишем),
висота осі обертання, мм,
умовна довжина: М – середня, L – велика,
наявність умонтованого тахогенератора: Г (при його
відсутності літера не ставиться),
кліматичне виконання: У – для помірного клімату, X –
холодного і т.ін.,
категорія розміщення : 1,2,3,4 і т.д.
Наприклад, 2ПН280МГУХ4 означає, що двигун постійно
го струму серії 2П, захищеного виконання з самовентилюван
ням, з висотою осі обертання 280 мм, середньої довжини (М),
з умонтованим тахогенератором (Г), призначений для робо
«Товарознавство»
70
ти в холодному (X) і помірному (У) кліматі з категорією роз
міщення 4.
Залежно від потужності машини єдиної серії П діляться на
3 групи: І: 0,3 до 200 кВт, ІІ: 2001400 кВт, ІІІ: вище 1400 кВт.
Електричні машини (двигуни і генератори) мають паспорт
ну табличку, у якій зазначені їх номінальні дані: потужність,
напруга, струм, швидкість обертання, ККД, частота, коефіцієнт
потужності, число фаз, режим роботи, схема включення обмо
ток, маса, клас ізоляції, а також тип і заводвиробник.
2.2. Електричні машини змінного струму
2.2.1. Генератори змінного струму
Електричні машини, що виробляють змінний струм, нази
ваються генераторами змінного струму. Генератори змінного
струму можуть бути однофазними і трифазними (рис 2.5., 2.6).
j
$
+
';
m
A!
&
.. & '-
& $
;
Рис. 2.5. Побудова генератора змінного струму