ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 20
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
52
Питание
Практическое использование
В зависимости от назначения электро- двигателя и желаемых характеристик существуют различные способы соеди- нения стержней в барабане.
На рисунке справа витки двигателя составляют настоящую обмотку.
Кроме того, постоянные магниты,
создающие магнитное поле, могут быть заменены электромагнитами, число которых обычно составляет от 2 до 4.
…КОЛЛЕКТОР И
Это совокупность ламелей (тонких пластин), изолированных друг от друга и закрепленных на барабане.
Каждая ламель соединена с концом витка.
…ЩЕТКИ
Они закреплены на корпусе двигателя и упираются в ламели коллектора.
Щетки питают витки барабана,
вращающегося в магнитном поле.
Поскольку они изготовлены из углерода, их часто называют
“УГОЛЬКАМИ”.
Используя…
?
Но как питать такое устройство, где ток должен менять направление в витках во время вращения
53
Общие характеристики электродвигателя
Крутящий момент и скорость вращения электродвигателя являются функциями трех следующих параметров:
?
.... интенсивности магнитного поля (характеристика индуктора),
?
.... силы тока в обмотке (характеристика якоря, напряжения питания),
?
.... размеров машины.
Усилие, порожденное стержнем, то есть крутящий момент, который он может обеспечить,
пропорционален силе тока, протекающего по нему.
Крутящий момент электродвигателя максимален, когда якорь остановлен.
Это , так называемый "СТОПОВЫЙ РЕЖИМ". Действительно, в этот момент сила тока в обмотке максимальна.
БАРАБАН + КОЛЛЕКТОР + ОБМОТКА
= ЯКОРЬ или РОТОР
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
= ИНДУКТОР или СТАТОР
Коллектор
Обмотка
Индуктор
(постоянные магниты)
Барабан изготовлен из мягкой стали для обеспечения хорошей магнитной проницаемости
54
ДВУХСКОРОСТНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ТРЕМЯ ЩЕТКАМИ
Противоэлектродвижущая сила
Как мы только что увидели, классический электродвигатель использует силу, вызываемую током в проводнике, который пересекает магнитное поле.
Но во время вращения…
…тот же самый двигатель ведет себя как генератор, производя ток, противоположный тому,
который был ему сообщен: это противоэлектродвижущая сила.
Чем быстрее вращается двигатель, тем больше становится противоэлектродвижущая сила. Из этого следует авторегулирование скорости вращения двигателя.
Как?
Смещая щетку, используют только одну часть возможного магнитного потока. Крутящий момент двигателя уменьшается, его коэффициент полезного действия тоже, но скорость вращения увеличивается.
S
N
S
N
Следует отметить, что при остановке якоря (стоповый режим) противоэлектродвижущая сила равна нулю. Сила же тока имеет наибольшее значение, что может вызвать сгорание предохранителя защиты. Этот случай возможен зимой, когда используются щетки стеклоочистителя при снегопаде (большое сопротивление).
Чтобы увеличить скорость вращения двигателя, надо уменьшить противоэлектродвижущую силу
Зона использования магнитного потока
Зона использования магнитного потока
Зона использования магнитного потока
Зона использования магнитного потока
Сила тока
Противоэлектродвижущая сила без смещения щетки
Противоэлектродвижущая сила со смещением щетки
Режим насыщения без смещенной щетки
Режим насыщения со смещенной щеткой
Скорость вращения
Без смещенной щетки
Со смещенной щеткой
55
ОСТАНОВКА СТЕКЛООЧИСТИТЕЛЯ В ФИКСИРОВАННОЙ ТОЧКЕ
Работа стеклоочистителя
Малая скорость
Орган управления осуществляет коммутацию между клеммами +APC и PV, двигатель вращается с малой скоростью, крутящий момент наибольший.
Большая скорость
Орган управления осуществляет коммутацию между клеммами + APC и GV, двигатель вращается с большой скоростью.
Остановки в исходном положении
Если щетка стеклоочистителя не дошла до исходного положения, двигатель вращается на малой скорости через токосъемник 1, внешнее кольцо, токосъемник 2 и клеммы AF и PV, замкнутые органом управления.
Когда щетка стеклоочистителя достигает исходного положения, его питание прекращается, так как токосъемник 1 теряет контакт с внешним кольцом. С другой стороны, он тормозится замыканием на массу щетки PV через контакт управления, токосъемник 2, внутреннее кольцо и токосъемник 3.
M
10 A
GV
PV
+Apc
AF
PV
10 A
GV
Контакт
Предохранитель
Предохранитель
Токосъемник 1
Токосъемник 2
Токосъемник 3
Управление
GV - большая скорость
PV - малая скорость
AF - остановка в фиксированном положении
Следует отметить, что в положении
“остановка” двигатель соединен с массой двумя из своих щеток; это создает торможение якоря.
Данный принцип использован в большинстве автомобильных электродвигателей
56
Электродвигатель: он должен быть способен создать очень большой крутящий момент. Магнитное поле постоянных магнитов усилено за счет обмоток – это система электромагнитного возбуждения.
Вилка
Надо преодолеть момент сопротивления, обусловленный трением, вязкостью масла, инерцией подвижных частей и компрессией в двигателе. Преодолеваемые усилия тем значительней, чем ниже температура.
Стартер использует электродвигатель с постоянными магнитами классического типа.
Работа стартера
Стартер состоит из трех различных частей.
СТАРТЕР
Двигатель внутреннего сгорания не может запуститься сам, его необходимо раскрутить пусковым двигателем - “стартером”.
Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, оборудованный механизмом для пуска двигателя внутреннего сгорания.
Соленоид: это электромагнит, который обеспечивает управление пусковым механизмом с помощью вилки. Одновременно он включает электродвигатель стартера
Пусковой механизм: он обеспечивает механическую связь между якорем электродвигателя и венцом маховика двигателя внутреннего сгорания. Связь якорь - пусковой механизм может быть непосредственной или же может осуществляться через промежуточный механический редуктор
(планетарную передачу). В последнем случае редуктор позволяет увеличить крутящий момент,
передаваемый двигателю внутреннего сгорания,
обеспечивая при этом малые габариты электродвигателя.
Необходимо отметить, что на приведенной выше схеме электрическое соединение соленоида,
системы возбуждения и ротора выполнено последовательно.
57
Вилка.
Работа стартера
Ключ зажигания в положении “пуск”
Первая фаза
Две обмотки соленоида питаются от батареи.
Втягивающая обмотка подключена к массе через обмотки возбуждения,
ротор и щётку массы.
В свою очередь, удерживающая обмотка непосредственно соединена с массой корпуса стартера.
Магнитное поле этих двух обмоток втягивает сердечник соленоида,
преодолевая действие возвратной пружины.
Сердечник в свою очередь приводит в действие пусковой механизм посредством вилки.
Пусковой механизм вводит свою шестерню в зацепление с зубчатым венцом маховика.
Небольшое вращение придается ему для облегчения входа в зацепление.
Вторая фаза
Как только пусковой механизм включен,
замыкание контактов на торце соленоида обеспечивает питание двигателя стартера от батареи.
Втягивающая обмотка больше не действует, и вся сила тока батареи передается в распоряжение двигателя стартера. Действительно, оба вывода втягивающей обмотки имеют напряжение батареи (12 Вольт), нет разности потенциалов и, следовательно, нет магнитного поля. Одна удерживающая обмотка позволяет сердечнику соленоида сохранять свое положение.
Отпуская ключ зажигания, выключают питание удерживающей обмотки. Возвратная пружина сердечника возвращает его и пусковой механизм в исходное положение.
58
ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
Упрощенный принцип действия шагового электродвигателя
Теперь добавим обмотку, которую мы можем питать в двух направлениях (“минус” –“плюс” или “плюс” - “минус”), таким образом, чтобы создать на вершине либо северный N, либо южный
S полюсы.
Подключим эту обмотку так, чтобы создать южный полюс.
Северный полюс подвижного соединения притянется обмоткой. Соединение повернется на 1/8 оборота и останется в этом положении. Двигатель сделал один “шаг”.
В этой точке возникает проблема, так как, чтобы осуществить второй шаг, нужно изменить полярность электромагнита. Если мы это сделаем, будем иметь на вершине обмотки северный полюс N; два южных полюса S вращающегося элемента находятся на одном расстоянии от обмотки.
Или соединение останется неподвижным, или оно повернется на два шага вправо или влево.
N
S
S
N
N
S
S
N
N
S
S
N
+
--
S
N
S
S
N
+
--
Рассмотрим два магнита
Соединим магниты, добавляя шарнир в точку контакта четырех полюсов
59
N
S
S
N
+
--
S
N
S
S
N
+
--
S
1 2
3 4
A
B
Чтобы сделать второй шаг следует питать вторую обмотку так, чтобы создать полюс
N на ее вершине.
Работу шагового электродвигателя можно объяснить следующим образом.
Питаем обмотку “А”.
1— (+); 2 — (-) .
Мы создаем полюс S, и соединение поворачивается на один шаг.
Питаем теперь обмотку “В”.
3 — (-); 4 — (+).
Мы создаем полюс N, это - второй шаг.
N
S
S
N
S
1 2
3 4
A
B
+
--
N
N
S
S
N
N
1 2
3 4
A
B
+
--
N
Вернемся к обмотке “А”,
но сменив полярность питания 1 — (-); 2 — (+)
Решение состоит в добавлении второй обмотки, расположенной под углом 45є по отношению к первой
И так далее…
60 4 шаг
3 шаг
2 шаг
1 шаг
A
B
+
-
3 4
2 1
-
+
-
+
+
-
5 шаг
= 1-ый шаг
X
X
X
X
X
X
X
X
4 шаг
2 шаг
2 шаг
1 шаг
A
B
-
+
3
4
2
1
-
+
+
-
+
-
= 1-ый шаг
5 шаг
X
X
X
X
X
X
X
X
Статор.
Он состоит из двух обмоток…
…и каждая обмотка магнитно поляризует определенное число полюсных сердечников (6 в данном случае).
Ротор.
Он имеет в нашем случае 6 пар полюсов. Ротор вращается относительно центра полюсов обмотки статора.
Описанная система объясняет нам пошаговую работу двигателя, обладающего двумя парами магнитных полюсов. Однако чтобы увеличить точность шага, увеличивают число полюсов.
Несмотря на это, принцип работы остается идентичным.
Пример практического использования
Первая таблица позволяет видеть пошаговую работу в направлении часовой стрелки.
Следует отметить, что необходимо сделать четыре шага для совершения цикла
Для вращения в направлении против часовой стрелки мы используем вторую таблицу
61
S
S
S
S
S
S
S
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
15?
15?
Полюсные сердечники В,
поляризация – N
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
N
N
N
N
N
N
S
15?
Полюсные сердечники А,
поляризация – S
N
N
N
N
N
N
S
N
N
N
N
N
S
S
S
S
S
S
N
15?
15?
15?
N
N
N
N
N
NN
S
N
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
15?
15?
15?
15?
Полюсные сердечники А,
поляризация – N
Полюсные сердечники В,
поляризация – S
1 ШАГ
2 ШАГ
3 ШАГ
4 ШАГ
62
ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Чтобы обеспечить пуск двигателя необходимо поддерживать заряженность аккумуляторной батареи.
Приводимый во вращение двигателем автомобиля, генератор переменного тока обеспечивает эту функцию.
Кроме того, он должен снабжать необходимой электрической энергией различных потребителей в автомобиле.
Элементарный однофазный генератор переменного тока
Генератор переменного тока представляет собой устройство, основанное на использовании принципа индуцирования тока в катушке.
Принцип работы
V
0
N
S
Po
sitif
360?
360?
N
й g ati
f
0 V
Мы только что соорудили элементарный генератор. Произведенный им ток является переменным.
Это генератор переменного тока.
Раньше мы узнали, что в проводнике,
движущемся в магнитном поле,
возникает ток
Заставим вращаться магнит вокруг проводника и проанализируем порожденный им ток
63
Выпрямитель тока
Ток, произведенный этим генератором, является переменным…
0V
+V
-V
0V
+V
…а мы стремимся получить постоянный ток для питания аккумуляторной батареи.
+
+
0V
+V
-V
Соединенный последовательно с обмоткой,
он пропускает положительные полупериоды и не пропускает отрицательные.
Соединение в диодный мост.
0V
+V
-V
180 180 180 180
+
D1
D3
D4
D2
Если ток в обмотке имеет направление, указанное (
), то он проходит через диод D1 и возвращается в обмотку через диод D2. Если ток имеет противоположное направление (
),
он проходит через диод D3 и возвращается в обмотку через диод D4.
Таким образом, ток в цепи всегда будет одного направления. Он выпрямлен, так как все его полупериоды имеют один и тот же знак.
Нам необходима лишь положительная часть периода. Для этого мы вновь обращаемся к диоду.
?
?
Напряжение
Время
Напряжение
Время
Время
Время
Напряжение
Напряжение
64 90?
180?
270? 360?
0?
0V
N
S
A
B
C
Элементарный трехфазный генератор переменного тока
Он состоит из одного магнита и трех обмоток, расположенных вокруг него по окружности с шагом 120є. Таким образом, мы получаем 6 полупериодов за один оборот магнита.
N
S
120?
120?
120?
A
B
C
P
O
N
T
A
B
C
90?
180?
270? 360?
0?
0V
Чтобы выпрямить ток, произ- водимый трехфазным генера- тором, используем мостовую схему из 6 диодов.
Практическое использование диодного моста
Конструкция диодного моста имеет малые размеры и смонтирована на задней части генератора переменного тока.
Диоды собраны в группы по три на платах, которые при необходимости можно заме- нять.
3 диода,
соединенные с плюсом
3 диода,
соединенные с массой
65
Совершенствование элементарного трехфазного генератора переменного тока
Наш генератор переменного тока позволяет использовать 6 положительных полупериодов за один оборот. Однако полученный ток,
составленный гребнями полупериодов, очень пульсирует, особенно на режимах малых скоростей вращения ротора.
0?
90?
180?
270?
360?
1
Увеличить скорость вращения магнита но это может вызвать повышенные механические нагрузки
2
Увеличить число обмоток но при этом надо сохранить малые габариты
3
Увеличить число магнитных полюсов
Второе и третье решения позволяют уменьшить пульсацию. В примере, приведенном ниже,
есть 12 обмоток, соединенных по две последовательно, и два магнита.
N
N
S
S
0?
90?
180?
270?
360?
В практическом исполнении генератор переменного тока располагает тремя группами из 12
обмоток, соединенных последовательно, и 6 пар полюсов. Соединение аналогично предыдущей схеме.
Снизить пульсации тока можно различными путями:
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?