Презентация по МДК 01.01. «Электрические машины и аппараты» на тему «Устройство коллекторных машин постоянного тока».

Описание презентации по отдельным слайдам:

Презентация по МДК 01.01. «Электрические машины и аппараты» на тему «Устройство коллекторных машин постоянного тока».

Введение Электрические машины постоянного тока широко применяются в различных отраслях промышленности. Значительное распространение электродвигателей постоянного тока объясняется их ценными качествами: высокими пусковым, тормозным и перегрузочным моментами, сравнительно высоким быстродействием, что важно при реверсировании и торможении, возможностью широкого и плавного регулирования частоты вращения.

Машина постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.

Устройство коллекторной машины постоянного тока. 1 – вал якоря; 2 – передний подшипниковый щит; 3 – коллектор; 4 – щеточный аппарат; 5 – якорь; 6 – главный полюс; 7 – катушка возбуждения; 8 – станина; 9 – задний подшипниковый щит; 10 – вентилятор; 11 – бандажи; 12 – лапы; 13 – подшипник. Коробка выводов (не показана на рисунке). Коллекторная машина постоянного тока состоит из следующих основных частей: неподвижной части – статора; вращающейся части – якоря; щеточного аппарата и остальных частей машины.

Статор. Неподвижная часть коллекторной машины постоянного тока. 1 — главные полюсы, 2 — дополнительные полюсы, 3 — станина.

Станина. Служит для крепления главных полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода. Станину изготавливают из стали. В нижней части станины находятся лапы для крепления машины. 1 — лапа для крепления машины, 2 — корпус, 3 — отверстие для крепления подшипникового щита, 4 — место установки главного полюса машины, 5 — место установки добавочного полюса машины, 6 — подъемное кольцо.

Главные полюса. Главные полюсы предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения. Главный полюс состоит из сердечника и полюсной катушки. Добавочные полюсы устанавливают в машинах больших мощностей; они служат для устранения искрения под щетками. Сердечник делают шихтованным из тонких листов электротехнической стали, изолированных тонким слоем электроизоляционного лака, что позволяет снизить потери на вихревые токи. Обмотку полюса делают: Бескаркасной (наматывая медный провод непосредственно на сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку). Каркасной (обмоточный провод наматывают на каркас (обычно пластмассовый), а затем надевают на сердечник полюса). 1) 2) 1 — станина; 2 — сердечник; 3 — полюсная катушка.

Якорь. Вращающаяся часть коллекторной машины постоянного тока. 1 — сердечник, 2 — обмотка, 3 – коллектор.

Сердечник и обмотка якоря. Сердечник якоря имеет шихтованную конструкцию и набирается из штампованных листов электротехнической стали. Листы покрываются изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Готовый сердечник напрессовывается на вал якоря. Это позволяет понизить потери от вихревых токов. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Обмотка якоря коллекторной машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уложенных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору. Обмотку выполняют медным проводом круглого или прямоугольного сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми).В некоторых машинах пазы не закрывают клиньями, а накладывают на поверхность якоря бандаж. Который делают из проволоки или стеклоленты с предварительным натягом. Обмотки делятся на петлевые и волновые, которые бывают простыми и сложными.

Петлевые обмотки якоря. Простая петлевая обмотка. В простой петлевой обмотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. При укладке секций на сердечнике якоря начало каждой последующей секций соединяется с концом предыдущей, постепенно перемещаясь при этом по поверхности якоря, так что за один обход якоря укладывают все секции обмотки. В результате конец последней секции оказывается присоединенным к началу первой, т.е. обмотка якоря замыкается. Простая петлевая обмотка.

Коллектор. Коллектор является одним из сложных узлов коллекторной машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются пластины трапецеидального сечения из твердотянутой меди, собранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндрическую форму. Различают два основных типа коллекторов: со стальными конусными шайбами (а) и на пластмассе (б). б) 1,3 – конусные стальные шайбы. 2 – винты. 4 – микантовые прокладки. 5 – верхняя часть коллекторных пластин. 6 – нижняя часть коллекторных пластин. 1 – набор пластин. 2 – пластмасса. 3 – армирующие стальные кольца. 4 – стальная втулка.

Щеточный аппарат. Щеточный аппарат состоит из щеткодержателя и щеток установленных в нем. Посредством щеточного аппарата осуществляется скользящий контакт с коллектором. 1 – курок. 2 – пружины. 3 – щетки. 4 – корпус. 5 – зажим. 6 – гибкий тросик.

Остальные части коллекторной машины постоянного тока. Подшипниковые щиты: передний и задний. Оба щита имеют подшипниковые узлы, в которые установлены подшипники, закрытые с обеих сторон крышками. Подшипниковые щиты предназначены для опоры вала якоря. Вентилятор предназначен для самовентиляции машины: воздух поступает в машину, омывает нагретые части (коллектор, обмотки и сердечники) и выбрасывается с противоположной стороны через решетку. Коробка выводов имеет зажимы, на которые выходят концы обмоток статора.

Принцип действия Взаимодействие магнитных полей статора и ротора создает вращающий момент, приводящий в движение ротор двигателя. Так происходит преобразование электрической энергии, подаваемой на обмотки двигателя, в механическую (кинетическую) энергию вращения. Полученную механическую энергию можно использовать приводя в движение механизмы.

Способы возбуждения машины постоянного тока C помощью постоянного магнита

Потери машины постоянного тока В машинах постоянного тока имеют место магнитные, механические и электрические потери. Существуют еще добавочные потери (согласно ГОСТ они принимаются до 1%). Магнитные потери происходят в сердечнике якоря. Электрические обусловлены нагревом обмоток и щеточного аппарата. Механические потери складываются из потерь от трения щеток о коллектор, трение в подшипниках и трение на вентиляцию.

Применение Двигатели постоянного тока позволяют осуществить плавное регулирование скорости вращения в любых пределах, создавая при этом большой пусковой момент. Это свойство двигателей постоянного тока делает их незаменимыми в качестве тяговых двигателей городского и железнодорожного транспорта (трамвай, троллейбус, метро, электровоз, тепловоз). Двигатели постоянного тока используются также в электроприводе некоторых металлорежущих станков, прокатных станов, подъемно-транспортных машин, экскаваторов. Постоянный ток используется для питания электролитических ванн, электромагнитов различного назначения, аппаратуры управления и контроля, для зарядки аккумуляторов. Машины постоянного тока входят также в электрооборудование автомобилей, судов, самолетов и ракет.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Назначение, области применения и устройство машин постоянного тока Генераторы постоянного тока Двигатели постоянного тока. — презентация

Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемwww.StGAU.ru

Похожие презентации

Презентация на тему: » МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Назначение, области применения и устройство машин постоянного тока Генераторы постоянного тока Двигатели постоянного тока.» — Транскрипт:

1 МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Назначение, области применения и устройство машин постоянного тока Генераторы постоянного тока Двигатели постоянного тока

2 2 Назначение и области применения машин постоянного тока Машины постоянного тока (МПТ) являются обратимыми, т. е. они могут работать в качестве генератора (ГПТ) или двигателя (ДПТ) без изменения схемы. Широкое применение ДПТ обусловлено следующими причинами: возможность плавного регулирования частоты вращения вала хорошие пусковые свойства: большой пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе. ДПТ применяют в электротранспорте, в приводах прокатных станов, в системах автоматического регулирования и др. ГПТ используют в качестве возбудителей для питания обмоток возбуждения мощных синхронных машин, цеховых сетей постоянного тока, в частности, для питания ДПТ, электромагнитов, для питания электролитических ванн, зарядки аккумуляторов, сварки, в качестве датчиков частоты вращения и др.

3 3 Машины постоянного тока унифицированы. Выпускаются двигатели серий 2П и 4П в диапазоне мощностей от 0,37 до кВт, частот вращения от 32 до 4000 об/мин, крановые серии Д на напряжения 220 и 440 В; генераторы серий 2ПН на напряжения 115, 230 и 460 В мощностью от 0,37 до 180 кВт с КПД = 0,6…0,9. Кроме того, выпускаются универсальные коллекторные двигатели (серий УЛ, УМТ, МУН), работающие от сети как постоянного, так и переменного тока. Универсальные машины находят применение в бытовой и специальной технике, как исполнительные двигатели. Машины постоянного тока входят в состав автомобильного, судового, самолетного, ракетного и технологического электрооборудования. Основной недостаток МПТ — наличие щёточно-коллекторного узла, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надёжность машин. Кроме того, для питания ДПТ требуются источники постоянного тока (ГПТ или выпрямители).

4 4 Устройство машин постоянного тока Основными частями МПТ (рис. 9.1) являются статор (индуктор) и якорь, отделённые друг от друга воздушным зазором (0,3…0,5 мм).

5 5 Статор (индуктор) — это стальной цилиндр 1, внутри которого крепятся главные полюса 2 с полюсными наконечниками 3, образуя вместе с корпусом магнитопровод машины. Полюсные наконечники служат для равномерного распределения магнитной индукции в зазоре между полюсами статора-индуктора и якоря. На главных полюсах расположены последовательно соединённые катушки обмотки возбуждения 4, предназначенные для создания неподвижного магнитного потока Фв машины. Концы Ш1 и Ш2 обмотки возбуждения (ОВ) выводят на клеммный щиток, расположенный на корпусе машины. Помимо основных полюсов внутри статора располагают дополнительные полюса 9 с обмотками 10, которые служат для уменьшения искрения в скользящих контактах (между щётками и коллектором). Устройство статора (индуктора)

6 6 Устройство якоря Якорь (подвижная часть машины) — это цилиндр 5, набранный из листов электротехнической стали, снаружи которого имеются пазы, в которые уложена якорная обмотка 11. Отводы обмотки якоря (ОЯ) припаивают к пластинам коллектора 6, расположенного на вращающемся в подшипниках валу 7. Коллектор представляет собой цилиндр, набранный из медных пластин, изолированных друг от друга и от вала. Коллектор играет роль механического выпрямителя переменной ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря. К коллектору с помощью пружин прижимаются неподвижные медно-графитовые щётки 8, соединённые с клеммами Я1 и Я2 щитка. Образовавшиеся скользящие контакты дают возможность соединить вращающуюся ОЯ с внешней электрической цепью (снять выпрямленное напряжение с коллектора (генераторный режим) или соединить якорную обмотку с источником постоянного напряжения и распределить токи в стержнях ОЯ таким образом, чтобы их направления под разноименными полюсами были бы противоположными (двигательный режим)). Суммарное сопротивление цепи якоря Rя = 0,5…5 Ом.

7 7 Схемы возбуждения МПТ В зависимости от того, как обмотка возбуждения включена относительно сети якоря, различают МПТ независимого возбуждения (ОВ к якорю не подключена) и МПТ с самовозбуждением, которое подразделяется на параллельное, последовательное и смешанное. а) независимого, б) параллельного, в) последовательного и г) смешанного возбуждения МПТ

8 8 Принцип работы генератора постоянного тока Генератор преобразует механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию. Принцип работы ГПТ основан на явлении электромагнитной индукции. Если посредством первичного двигателя привести якорь машины во вращение с постоянной угловой частотой w и подать постоянное напряжение в обмотку возбуждения статора, то в каждом стержне обмотки якоря будет наводиться ЭДС е 1 = Bcp l v Напряжение на зажимах обмотки якоря U = Eя — RяIя = СeФвn — RяIя, где Rя и Iя — сопротивление цепи и ток якоря. Свойства ГПТ определяются их основными характеристиками: холостого хода, внешней и регулировочной.

9 9 Характеристика холостого хода Eя = Ux = f(Iв) (n = const; I = 0) снимается при разомкнутой цепи приёмника и показывает, как нужно изменять ток возбуждения Iв посредством реостата Rр, чтобы получить те или иные значения ЭДС Eя генератора. Внешняя характеристика U = f(I), представляющая собой зависимость напряжения U на выводах генератора от тока нагрузки I при n = const и Iв = const. Регулировочной характеристикой называют характеристику Iв = f(I) при n = const и U = const. Она показывает, как следует изменять ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряжение U генератора при изменении нагрузки (тока I).

10 10 ГПТ независимого возбуждения и его характеристики схема характеристики: холостого хода внешняя регулировочная

11 11 Принцип работы двигателей постоянного тока В основе работы двигателя постоянного тока (ДПТ) — преобразователя электрической энергии в механическую, приводящую во вращения вал машины, лежит закон Ампера. Для создания вращающего момента постоянное напряжение U подводится одновременно к обмотке возбуждения ОВ (создающей магнитный поток Фв машины), и (посредством неподвижных щёток) к коллектору.

12 12 Уравнение электрического равновесия для якорной обмотки выглядит следующим образом: U = Eя + UяIя, где U — напряжение на зажимах якорной обмотки. Умножив члены последнего уравнения на величину Iя, получим уравнение баланса мощностей цепи якоря ДПТ Рэ = UIя = EяIя + RяI я 2, которое показывает, что электрическая мощность Рэ, подводимая к якорю двигателя из сети, преобразуется в электромагнитную мощность Р эм = EяIя = М/w и мощность электрических потерь Ря = RяIя 2 в обмотке якоря. Двигатели постоянного тока классифицируют по способу возбуждения: независимое, параллельное (шунтовое), последовательное (сериесное) и смешанное (сериесно- шунтовое или компаундное).

13 13 Двигатели постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения В этих двигателях обмотка возбуждения ОВ подключена параллельно с обмоткой якоря к сети (рис. 9.6, б). В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат с сопротивлением Rр, а в цепь якоря — пусковой реостат с сопротивлением Rп. Ток возбуждения не зависит от тока якоря Iя. Iв = U/(Rв + Rp), Ток якоря Iя = (U — Eя)/Rя

14 14 В начальный момент пуска ДПТ частота вращения якоря n = 0, по-этому противо-ЭДС Ея = 0 и ток I я недопустимо увеличивается. Чтобы ограничить недопустимо большой пусковой ток в обмотке якоря и, как следствие, возникающий рывок или удар на валу и искрение в контактах щётки-коллектор, последовательно с якорем включают пусковой реостат Rп (рис. 9.6, б), сопротивление которого рассчитывают из условия, чтобы пусковой ток Iяп = U/(Rя + Rп)

15 15 Электромеханические свойства ДПТ определяются его скоростной n(Iя) или механической n(M) характеристиками. Скоростная характеристика представляет зависимость частоты вращения n от тока якоря Iя при U = const и Iв = const. Уравнение естественной скоростной характеристики получают из рассмотренного выше выражения тока якоря, решив его относительно частоты вращения, n = (U — RяIя)/(CЕФв) = (U/CЕФв) — (Rя/CЕФв)Iя.

16 16 Механическая характеристика n(M) представляет зависимость частоты вращения якоря n от развиваемого ДПТ момента М = Мс при условии постоянства напряжения U сети и сопротивлений в цепи якоря и в цепи возбуждения. Заменив ток Iя в выражении скоростной характеристики значением из выражения вращающего момента М = СMIяФв, получим уравнение естественной механической характеристики n = (U/CЕФв) — (Rя/СЕСМФв2)M = n 0 — n, где n 0 = U/CEФв — частота вращения якоря при «идеальном» холостом ходе (Мс = 0); сопротивления Rп = 0 и Rр = 0; напряжение на якоре U = Uн и магнитный поток двигателя Фв = Фвн.

0 (Rр =» title=»17 Естественная механическая характеристика n(M) ДПТ параллельного возбуждения является жесткой, т. к. снижение частоты вращения n при моменте сопротивления на валу М = Мсн составляет (3…7)% от n 0. Если сопротивление пускового реоостата Rп > 0 (Rр =» > 17 17 Естественная механическая характеристика n(M) ДПТ параллельного возбуждения является жесткой, т. к. снижение частоты вращения n при моменте сопротивления на валу М = Мсн составляет (3…7)% от n 0. Если сопротивление пускового реоостата Rп > 0 (Rр = 0), получают искусственные, т. н. реостатные механические характеристики 2…4 (рис. 9.6, в), проходящие через точку n 0 — частоту вращения ХХ двигателя. Чем больше сопротивление Rп, тем характеристика круче. 0 (Rр =»> 0 (Rр = 0), получают искусственные, т. н. реостатные механические характеристики 2…4 (рис. 9.6, в), проходящие через точку n 0 — частоту вращения ХХ двигателя. Чем больше сопротивление Rп, тем характеристика круче.»> 0 (Rр =» title=»17 Естественная механическая характеристика n(M) ДПТ параллельного возбуждения является жесткой, т. к. снижение частоты вращения n при моменте сопротивления на валу М = Мсн составляет (3…7)% от n 0. Если сопротивление пускового реоостата Rп > 0 (Rр =»>

18 18 Пуск ДПТ Прямой пуск двигателя (Rп = 0) применяют только для двигателей малой мощности (до 1 кВт), у которых сопротивление якорной цепи относительно велико и обмотка якоря не успевает нагреться. Пуск двигателя с использованием пускового реостата называют реостатным. Перед пуском для получения максимального пускового момента при допустимом пусковом токе регулировочный реостат в обмотке возбуждения полностью выводят (Rр = 0) (при этом магнитный поток Фв имеет максимальное значение), а рукоятку переключателя пускового реостата устанавливают в положение 4 при наличии трёх ступеней реостата, ( рис. 9.6, б), при котором сопротивление Rп имеет максимальное значение. В начальный период пуск осуществляется по реостатной характеристике 4 ( рис. 9.6, в); при этом двигатель развивает максимальный пусковой момент. По мере разгона сопротивление пускового реостата Rп ступенчато уменьшают; разгон двигателя осуществляется по отдельным отрезкам реостатных характеристик 4, 3 и 2 (см. жирные линии на рис. 9.6, в). При полностью выведенном сопротивлении Rп и достижении значения М = Мн частота вращения n якоря устанавливается на естественной мехaнической характеристике 1 (точка А).

19 19 При пуске двигателей большой мощности использование пускового реостата (из-за его громоздкости и значительных потерь энергии) становится неэффективным. В этом случае применяют безреостатный пуск при пониженном напряжении, подводимом к цепи якоря. Получаемые (при условии, что Rп = 0 и Rр = 0) искусственные механические характеристики имеют вид 2 и 3 (рис. 9.6, г) и проходят параллельно естественной 1 и тем ниже, чем меньше величина напряжения U. Безреостатный пуск при пониженном напряжении

20 20 Способы регулирования частоты вращения и реверсирование ДПТ параллельного возбуждения Из рассмотрения механических характеристик двигателя следует, что при моменте М = Мс = const частоту вращения якоря n = U/(CEФв) — ((Rя + Rn)/(CECMФв2))M = n 0 — n можно регулировать тремя способами: реостатным — изменением сопротивления цепи якоря (Rя+ Rп = var); полюсным — изменением магнитного потока полюсов (Rв + Rр = var); якорным — изменением напряжения, подводимого к якорю (U = var). Реверсирование двигателей можно обеспечить изменением направления тока или в обмотке якоря, или в обмотке возбуждения