Файл: Курсовая работа по дисциплине Электрические машины и электропривод Расчет энергетических показателей электроприводов типовых технологических процессов.docx
Добавлен: 24.11.2023
Просмотров: 200
Скачиваний: 9
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рисунок 5. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором: 1 – вал ротора; 2, 4 – крышки подшипника; 3 – подшипник; 5 – корпус; 6, 7, 12 – обмотка, сердечник и выходы статора; 8, 13 – ротор и его обмотка; 9 – вентилятор; 10 – кожух; 11 – коробка выходов.
Электродвигатель постоянного тока
Простой электрический двигатель служит для превращения электрической энергии в механическую. Его действие основано на движении проводника с током в постоянном магнитном поле. Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создается при помощи сильного электромагнита, который получает ток от того же источника, что и обмотки якоря. Пока есть электрический ток, якорь будет вращаться. Если на ось якоря посадить шкив или соединить ось якоря с осью какой-нибудь машины, можно вращение якоря использовать для привода этой машины в движение. То есть за счет электрической энергии будет выполняться механическая работа.
Рисунок 6. Схема электромотора с многообмоточным якорем.1.2 Электрические машины постоянного тока
В электрической машине постоянного тока (МПТ) осуществляется преобразование электрической энергии постоянного тока в механическую энергию (двигатель постоянного тока), или наоборот (генератор постоянного тока). Электрические машины постоянного тока обладают принципом обратимости. Поэтому конструкция двигателя постоянного тока (ДПТ) принципиально не отличается от конструкции генератора постоянного тока (ГПТ).
Конструкция машин постоянного тока
На рисунке 7 показа типичная конструкция машины постоянного тока общепромышленного применения. Основными частями машины постоянного тока являются статор и ротор. Статор – неподвижная часть машины, ротор – вращающаяся. Схематичное изображение машины постоянного тока показано на рисунке 8. Статор состоит из станины 1, представляющий собой стальной полый цилиндр, являющейся механическим остовом машины и одновременно служащей частью магнитопровода. К внутренней поверхности станины крепятся главные полюсы 2 с обмоткой возбуждения (ОВ) 3. Катушки обмотки возбуждения, расположенные на главных полюсах, включаются так, чтобы северные и южные полюсы чередовались. Между главными полюсами могут располагаться дополнительные полюсы 4, служащие для улучшения характеристик машины. Обмотка дополнительных полюсов включается в цепь ротора (якоря) МПТ. Общий вид статора машины постоянного тока малой мощности показан на рисунке 9. небольшим воздушным зазором. Станина, полюсы и сердечник якоря образуют магнитную цепь, по которой замыкается магнитный поток машины. На рисунке 8 показаны две силовые линии магнитного поля.
Рисунок 7. Конструкция электрической машины постоянного тока. 1-станина; 2-полюс; 3-обмотка возбуждения; 4-дополнительный полюс; 5-якорь; 6-обмотка якоря; 7-коллектор; 8-обмотка дополнительных полюсов; 9-щетки; 11-щеткодержатель; 12-подшипниковый щит; 13-подшипник; 14-вал; 15-вентилятор; 16-рым-болт; 17-клеммная коробка.
Рисунок 8. Электрическая машина постоянного тока.
Рисунок 9. Статор машины постоянного тока. 1 – обмотка возбуждения; 2 – полюс статора; 3 – станина.
Для соединения обмотки вращающегося якоря с внешней электрической цепью и коммутации тока якоря служит щеточно-коллекторный узел 7. Как показано на рисунке 9, цилиндрический коллектор состоит из отдельных медных коллекторных пластин 1, изолированных друг от друга. Каждая пластина коллектора соединена с соответствующей секцией обмотки якоря. Коллектор крепится на валу машины и вращается вместе с якорем.Рисунок 10. Коллектор машины постоянного тока.
К наружной поверхности коллектора прижимаются неподвижные электрические щетки 2, установленные в щеткодержателях. Во время работы машины коллектор скользит по щеткам, обеспечивая скользящий электрический контакт. Общий вид якоря машины постоянного тока малой мощности показан на рисунке 11.Рисунок 11. Якорь машины постоянного тока. 1 – сердечник якоря с обмоткой; 2 – коллектор; 3 – подшипник; 4 – вал.
На рисунке 12 показана машина постоянного тока серии ПЛ-061У4 мощностью 60 Вт частотой вращения 1500 об/мин.Рисунок 12. Двигатель постоянного тока 1 – клеммная коробка; 2 – коллектор; 3 – подшипниковый щит; 4 – щетки.
Условное обозначение машины постоянного тока в схемах электрических цепей показано на рисунке 13.Рисунок 13. Условное обозначение машины постоянного тока в схемах электрических цепей.
Принцип действия двигателя постоянного тока
Схема включения двигателя постоянного тока показана на рисунке 14. Здесь РМ – рабочий механизм, приводимый в движение электрическим двигателем. Обмотка возбуждения двигателя постоянного тока подключена к источнику постоянного напряжения Uв. Постоянный ток обмотки возбуждения Iв создает постоянное магнитной поле с магнитным потоком Фв. Магнитный поток замыкается в магнитной цепи машины по путям, обозначенным на рисунке 8 пунктирными линиями. Магнитный поток возбуждения пронизывает обмотку якоря двигателя постоянного тока.
Рисунок 14. Схема включения двигателя постоянного тока.
Обмотка якоря также подключена к источнику постоянного напряжения U, под действием которого в ней возникает ток якоря IЯ. Через скользящий щеточный контакт ток якоря подается в его обмотку таким образом, что его направление в проводниках, расположенных в зоне одного полюса, оказывается всегда постоянным (под северным полюсом – одного направления, под южным – другого). В соответствии с явлением силового действия магнитного поля на проводники обмотки якоря с током, находящиеся в магнитном поле возбуждения, действует электромагнитная сила. Направление действия силы определяется правилом левой руки. На рисунке 15 схематично показана верхняя часть якоря, находящаяся в магнитном поле возбуждения под северным полюсом. Обмотка якоря упрощенно представлена несколькими проводниками круглого сечения.
Рисунок 15. Принцип действия двигателя постоянного тока.
Направление тока в проводниках обмотки якоря определяется полярностью подключения ее к источнику постоянного напряжения. На рисунке 15 ток обмотки якоря обозначен крестиком, что соответствует направлению за плоскость рисунка. Направление магнитного потока определяется направлением тока в обмотке возбуждения (полярностью подключения обмотки возбуждения). При указанных на рисунке 15 направлениях магнитного потока возбуждения и тока якоря на проводники обмотки якоря действует электромагнитная сила, направленная влево. Силы, действующие на каждый проводник обмотки якоря, складываются и создают электромагнитный вращающий момент МЭМ, приводящий якорь во вращение с частотой вращения n. При этом якорь, вращая рабочий механизм, совершает механическую работу. Таким образом, энергия электрического тока, подведенная к двигателю, преобразуется в механическую энергию. Для изменения направления вращения двигателя достаточно изменит полярность подключения обмотки якоря или обмотки возбуждения. При вращении якоря ДПТ проводники обмотки якоря движутся в магнитном поле возбуждения. При этом в обмотке якоря индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. В двигателе эта ЭДС направлена противоположно току и напряжению якоря (рисунок 15) и компенсирует приложенное напряжение.
Принцип действия генератора постоянного тока.
Схема включения двигателя постоянного тока показана на рисунке 16. Здесь Д – приводной двигатель, вращающий вал генератора.
Рисунок 16. Схема включения генератора постоянного тока.
Обмотка возбуждения генератора постоянного тока подключена к источнику постоянного напряжения Uв также, как в ДПТ. Постоянный ток обмотки возбуждения создает постоянное магнитной поле с магнитным потоком Фв. Магнитный поток замыкается в магнитной цепи машины по путям, обозначенным на рисунке 8 пунктирными линиями. Магнитный поток возбуждения пронизывает обмотку якоря генератора постоянного тока. Якорь генератора вращается приводным двигателем Д (турбина, двига- 14 тель внутреннего сгорания и т.п.) с частотой вращения n. Проводники обмотки якоря, вращаясь вместе с ним движутся в магнитном поле возбуждения. При этом проявляется индукционное действие магнитного поля. Согласно закону электромагнитной индукции в таких проводниках индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. На рисунке 17 при указанных направлениях магнитного потока и вращения якоря ЭДС e в проводниках обмотки якоря направлена вдоль проводника за плоскость рисунка. Это направление обозначено крестиком.
Рисунок 17. Принцип действия генератора постоянного тока.
Конструкция обмотки якоря такова, что все ее проводники соединены последовательно. При этом ЭДС всех проводников складываются и создают разность электрических потенциалов, которая через пластины коллектора и щетки подается к зажимам генератора. На зажимах обмотки якоря генератора создается напряжение U. Если к зажимам обмотки якоря генератора присоединить приемник электрической энергии с сопротивлением Rп , то образуется электрическая цепь, в которой под действием напряжения U возникает ток IЯ , который замыкается в приемнике. Таким образом, генератор постоянного тока, потребляя от приводного двигателя механическую энергию, отдает электрическую энергию электроприемникам во внешнюю электрическую цепь, т.е. преобразует 15 механическую энергию в электрическую. Ток IЯ замыкается во всех проводниках обмотки якоря. При этом согласно явлению силового действия магнитного поля на каждый проводник с током, находящийся в магнитном поле возбуждения, действует электромагнитная сила FЭМ. Направление действия силы определяется правилом левой руки. Как видно на рисунке 17, электромагнитные силы, действующие на проводники обмотки якоря, создают тормозной электромагнитный момент, направленный навстречу вращению якоря. Этот электромагнитный момент уравновешивает механический момент приводного двигателя.
Способы возбуждения машин постоянного тока
Важным классификационным признаком машин постоянного тока является способ возбуждения главного магнитного поля, от которого зависят все основные характеристики как двигателей, так и генераторов. Существуют четыре способа возбуждения машин постоянного тока: независимое, параллельное, последовательное и смешанное возбуждение. На рисунке 18 показаны схемы включения обмотки якоря и обмотки возбуждения при разных способах возбуждения. Указанные на схемах направления токов соответствуют работе машины в режиме генератора. При независимом возбуждении (рисунок 18, а) обмотка возбуждения питается от независимого источника с напряжением Uв. Ток приемника электроэнергии, подключенного к генератору, равен току якоря IЯ. В генераторе с параллельным возбуждением (рисунок 18, б) обмотка возбуждения подключена к зажимам якоря. Ток возбуждения определяется напряжением на зажимах генератора и равен