Электродвигатель постоянного тока

В режиме двигателя машина преобразует электрическую энергию в механическую: к якорю и к обмотке возбуждения машины одновре­менно подводится постоянный ток от источника. Взаимодействие маг­нитного поля полюсов статора с током обмотки якоря создает вращаю­щий электромагнитный момент, который и приводит в движение якорь (ротор).

 

2.1 Устройство статера

 

Статор (индуктор) машины постоянного тока (см. рис. 2.1,а) состоит из цилиндрической станины (корпуса), полюсов с обмоткой возбуждения и подшипниковых щитов.

Станина (рис.2.2,а), являющаяся основой неподвижной части машины, отливается или выполняется сварной из стали с боль­шой магнитной проницаемостью, так как играет роль и магнитопровода. На внутренней стороне станины располагаются симметрично полюсы.

 

 

 В машинах малой  и средней мощностей к цилиндрической танине с торцов крепятся подшипниковые щиты с подшипниками. В мощных машинах подшипники иногда выносятся на отдельные стояки.

Основные полюсы с током в катушках обмотки (рис. (2.2,а и б) создают в машине магнитное поле. Каждый полюс является электромагнитом, состоит из стального сердечника с полюсным нако­нечником (башмаком) и катушечной обмотки из изолированного мед­ного провода (рис.2.2,в). Обмотка основных полюсов составляет обмотку возбуждения машины. Сердечник полюса для уменьшения по­терь на вихревые токи (возникающих в полюсном наконечнике из-за пульсации магнитной индукции при вращении якоря с зубчатой по­верхностью) набирается в виде пакета из листовой электротехнической стали толщиной 0,5-2 мм и стягивается шпильками. Полюсы крепятся к станине болтами или шпильками.

Добавочные полюсы (рис.2.2,г) устроены аналогичноно, но их сердечники чаще делаются из литой стали и имеют малую магнитную индукцию. Они устанавливаются симметрично между основными полюсами (см. рис.2.2,а), содержат обмотку из толстого изолированного провода (включается последовательно с якорем) и предназначаются для устранения искрения щеток.

 

3 Изучение механических характеристик электродвигателей постоянного тока с параллельным и независимым возбуждением

 

Схемы таких электродвигателей приведены на рис.1

 

 

Уравнение скоростной характеристики двигателя постоянно тока с независимым и параллельным возбуждением имеет вид:

Вращающий момент двигателя определяется из выражения

 

М. = kФI (4) а э. д. с. двигателя

 

Е = kФw. (5)

 

В трех последних формулах: w — угловая скорость, рад/с; U-подводимое напряжение, В; I — ток в цепи якоря, А; Rя — сопрoтивление обмотки якоря, Ом;

 

Rр— сопротивления реостата в цеп якоря. Ом; Ф — магнитный поток возбуждения двигателя, Вб; k- коэффициент, зависящий от конструкции машины.

Подставив в уравнение (4) значение тока якоря из формул (5), получим уравнение механической характеристики электродвигателя (6)

Поскольку выражение (6) — это уравнение прямой, значит механические характеристики двигателей параллельного и независимого возбуждения прямолинейны (рис.). Характеристика R =Rя называется естественной, остальные — искусственными.

Скорость идеального холостого хода определяется из уравнения (6) при условии, что М = 0

Величину сопротивления якоря двигателя параллельного и независимого возбуждения ориентировочно можно определить из выражения:

Номинальное значение к.п.д. можно вычислить, как:

Где Рном – номинальная мощность электродвигателя, кВт.

Угловая скорость двигателя на естественной механической характеристике при номинальном моменте называется номинальной.

 

 

 

Согласно уравнениям (5) и (6) увеличение сопротивления реостата в цепи якоря приводит к увеличению угла наклона механической характеристики, т.е. к снижению скорости.

Тормозные режимы электродвигателя

Для двигателя последовательного возбуждения возможны лишь два режима электрического торможения: противовключением и динамическое. Режима рекуперативного торможения у двигателей этого типа нет, так как э.д.с. не может быть выше напряжения сети в связи с тем, что скорость идеального холостого хода не имеет конечной величины [см. формулу (5)].

 

 

 

 

Динамическое торможение может быть осуществлено двумя способами: с самовозбуждением (рис.а) и с независимым возбуждением (рис.в). При торможении с самовозбуждением необходимо сохранить направление тока возбуждения таким же, как при нормальной работе двигателя. Без этого машина размагнитится, и торможения не получится.

Механические характеристики режима динамического торможения (см. рис, четыре засечки) нелинейны вследствие непостоянного магнитного потока. В области, обозначенной пунктирными линиями, торможение практически отсутствует. Рассмотренный режим используют редко, в основном как аварийный при исчезновении напряжения сети.

Механические характеристики динамического торможения с независимым возбуждением аналогичны соответствующим характеристикам двигателя параллельного возбуждения (см. рис., две засечки). Такой способ торможения нашел широкое применение в приводе рудничных электровозов, ходового механизма роторных экскаваторов и др.

 

 

Торможение противовключением осуществляется, как и у двигателей параллельного возбуждения, двумя способами: включением в цепь якоря реостата с большим сопротивлением и изменением полярности обмотки якоря.

При первом способе механическая характеристика будет продолжением характеристики двигательного режима (см. рис. 7, три засечки в квадранте IV). При торможении противовключением по второму способу характеристика располагается в квадранте II (линия с тремя засечками).

Двигатель со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбуждения: последовательную ОВпосл и параллельную ОВпар (см. рис.), которые совместно создают поток возбуждения машины.

Двигатели со смешанным возбуждением допускают все три режима электрического торможения: рекуперативное с отдачей энергии в сеть, динамическое и противовключением.

Для асинхронного двигателя возможны следующие режимы торможения: рекуперативное с отдачей энергии в сеть, противовключением и динамическое. Рекуперативное торможение с отдачей энергии в сеть происходит при угловой скорости выше синхронной (о). С сверхсинхронной скоростью ротор может вращаться, например, при спуске ковша экскаватора или при спуске груза лебедкой. В режиме рекуперативного торможения момент и ток ротора имеют отрицательные знаки, и машина работает в режиме асинхронного генератора, превращая механическую энергию, сообщаемую валу машины спускающимся грузом, в электрическую и отдавая ее в сеть. Механическая характеристика этого режима является продолжением характеристики двигательного режима и располагается во // квадранте (см. рис.).

Режим торможения противовключением аналогичен соответствующему режиму двигателя постоянного тока с независимый возбуждением. Этот режим, может быть, достигнут двумя путями:

1) увеличением сопротивления  реостата в цепи ротора. В точке, а момент двигателя меньше  момента статического сопротивления  и поэтому груз увлекает за  собой ротор в направлении, обратном  направлению вращения магнитного  поля статора. Это вызывает быстрое  возрастание э.д.с., тока ротора и тормозного момента. В точке в момент, создаваемый опускающимся грузом, и тормозной момент двигателя уравновешиваются и скорость опусканий становится постоянной. При необходимости ускорения опускания груза в цепь ротора вводят следующую ступень реостата реверсом, т, е. переключением двух фаз статора. В результате вращающееся поле статора изменяет направление вращения, а ротор по инерции вращается в прежнем направлении. Ток и момент при этом изменяют свои знаки: момент становится тормозным, что вызывает быструю остановку двигателя. Вследствие встречного вращения ротора и поля статора э.д.с. ротора достигает большой величины. Для ограничения броска тока при переходе в режим противовключения в цепь фазного ротора двигателя вводят ступень противовключеиия.

 

 

 

 

 

4 Механическая характеристика  электродвигателей постоянного  тока с последовательным возбуждением

 

 

Обладая весьма мягкой механической характеристикой (рис), двигатель с последовательным возбуждением сравнительно плавно преодолевает перегрузку, имеет высокий пусковой момент и мало перегружает сеть при пуске и вынужденной остановке под нагрузкой. Это послужило основанием к применению такого рода двигателей для привода рудничных электровозов, ходовой части роторных экскаваторов.

 

 

При нагрузках менее 15—20% номинальной скорость вследствие снижения магнитного потока недопустимо возрастает, а при холостом ходе, когда Ф≈0, скорость может достигнуть величины, при которой произойдет авария (разнос двигателя). Поэтому двигатель с последовательным возбуждением нельзя пускать вхолостую.

У этих двигателей обмотка возбуждения ОВ включена последовательно с якорем и по ней протекает тот же ток что и по обмотке якоря. Поэтому при изменении нагрузки будет изменяться и магнитный поток, оказывая большое влияние на скорость двигателя. Наиболее наглядно это видно из уравнения скоростной характеристики, которое показывает, что при изменении магнитного потока скорость двигателя может изменяться в широких пределах, придавая механической характеристике большую мягкость. Однако вследствие насыщения магнитной цепи магнитный поток изменяется не пропорционально току. Наибольшее изменение магнитного потока и, следовательно, скорости будет при малых нагрузках, когда машина ненасыщенна. Зависимость магнитного потока от тока возбуждения (характеристика намагничивания) является сложной нелинейной функцией и не имеет аналитического выражения. Поэтому нет и аналитической зависимости для механической характеристики.

 

 

 

 

 

На рис. приведены естественные и искусственные механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при различных добавочных сопротивлениях в цепи якоря. Введение сопротивления в цепь якоря делает характеристику еще более мягкой.

 

5 Механическая характеристика  электродвигателя переменного тока  с фазным ротором

 

Пуск двигателя с фазовым ротором производится с помощью пускового реостата, включенного в цепь ротора. По мере разгона двигателя реостат выводится.

 

На рис. приведены его механические характеристики. Кривые 2, 3, 4, 5 — искусственные механические характеристики при введенном в цепь ротора реостате. Кривая 1 — естественная механическая характеристика при полностью выведенном реостате.

 

Эксплуатация ДПТ

 

Допустимые режимы при изменении температуры входящего воздуха

 
Обслуживание двигателей, надзор и уход за ними

 

 

3.1 Надзор за нагрузкой  и подшипниками двигателей

Надзор за нагрузкой двигателей, температурой подшипников и охлаждающего воздуха, поддержанием уровня масла в подшипниках, а также пуск и остановка двигателей осуществляется персоналом, обслуживающим механизмы. Персонал электроцеха обязан периодически осматривать двигатели и контролировать режим их работы по всем показателям, а также производить ремонт и испытания.

Надзор и уход состоит в контроле за температурой и отсутствием ненормального шума. В подшипниках скольжения, кроме того, следят за уровнем и чистотой масла, нормальным вращением смазочных колец. При низком уровне масла его доливают. Обычно подливают масло в подшипники один раз в месяц и реже. Чаще доливают масло только при наличии его утечки из подшипников.

Любая утечка масла, особенно утечка внутрь двигателя, - это серьезный дефект. Попадая на обмотку, масло разрушает изоляцию, резко снижает её электрическую прочность, что может привести к КЗ в обмотке.

Смена масла в подшипниках скольжения и смазки в подшипниках качения производится, как правило, один раз в год.

 

 

3.2 Надзор и уход  за охлаждением двигателей

В двигателях, забирающих воздух для охлаждения непосредственно из помещений, необходимо следить за тем, чтобы решетки на всасывающих приемах в торцевых крышках не были забиты пылью и грязью. Для этого решетки, как и весь двигатель, систематически очищают.

На отключенных двигателях типа ДАЗО, установленных вне помещения, в холодное время и сырую погоду должны включаться электронагреватели, вмонтированные в корпусе двигателя. На работающем двигателе должны работать оба вентилятора, обеспечивающих приток воздуха по трубкам воздухоохладителя.

 При остановке  обоих вентиляторов двигатель  ДАЗО может перегреться и выйти  из строя. Поэтому ревизия подшипников  двигателей вентиляторов должна  производиться в такие сроки, чтобы между очередными видами  ремонта было исключено их  повреждение (желательно осенью  и весной). Должна быть исправной  сигнализация об остановке вентиляторов. На некоторых станциях для  повышения надежности двигателей  ДАЗО их воздухоохладители со  стороны выхода наружного воздуха  подсоединены к всасывающим коробам  дымоходов и дутьевых вентиляторов, а вентиляторы двигателей ДАЗО  демонтированы.