ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 211
Скачиваний: 2
скорости пп пружина соприкасается с контактом 4 и сопротивление гв.р выво дится. Так как изменение магнитного потока и тока в цепи якоря происходит не мгновенно, то скорость вращения якоря продолжает увеличиваться, а затем
вследствие уменьшения тока в цепи якоря начинает уменьшаться. |
При скорости |
|||||||||||
|
|
|
вращения я0 пружина отходит от контакта |
|||||||||
|
|
|
4 и сопротивление |
цепи |
возбуждения ста |
|||||||
|
|
|
новится |
равным |
|
гв + |
гп.р, |
уменьшение |
||||
|
|
|
скорости вращения продолжается до тех |
|||||||||
|
|
|
пор, пока |
увеличенный |
ток в цепи |
якоря |
||||||
|
|
|
не создает избыточный вращающий момент, |
|||||||||
|
|
|
необходимый для ускорения |
якоря. |
Таким |
|||||||
|
|
|
образом, скорость вращения якоря изме |
|||||||||
|
|
|
няется в небольшом диапазоне около |
|||||||||
|
|
|
установленной регулятором скорости п„. |
|||||||||
|
|
|
Пределы |
отклонения |
скорости |
вращения |
||||||
|
|
|
обычно не превышают 1 %. |
|
|
|
||||||
|
|
|
Изменение сопротивления цепи воз |
|||||||||
|
|
|
буждения |
и скорости |
вращения |
якоря |
||||||
Рис. 9-20. |
Характеристики ско |
показано на рис. |
9-19. |
Сопротивление цепи |
||||||||
возбуждения равно rB-f- гв.р в течение вре |
||||||||||||
рости вращения двигателя |
|
|||||||||||
|
мени /р, |
когда контакты разомкнуты, в |
||||||||||
контактов это сопротивление |
|
течение времени |
t3 замкнутого |
состояния |
||||||||
равно сопротивлению |
гъ обмотки |
возбуждения. |
||||||||||
Эффективное значение тока возбуждения, |
которое |
обеспечивает |
скорость |
|||||||||
вращения |
п,о, определяется эффективным сопротивлением гв,Эфф = гв + |
гв.ртр, |
||||||||||
зависящим |
от относительной |
разомкнутости |
контактов |
тр = гр/(1р -j- ta). |
||||||||
При изменении нагрузки двигателя или напряжения сети скорость п0 под |
держивается регулятором за счет изменения тр. Наименьшая нагрузка, при
которой регулятор удерживает скорость |
вращения п0, соответствует тр = О, |
и наибольшая нагрузка соответствует тр = |
1. Характеристика скорости враще |
ния при наличии регулятора показана линией 2 (рис. 9-20); линия 1 соответст вует характеристике скорости вращения при сопротивлении цепи возбуждения r B, II линия 3 — при сопротивлении цепи возбуждения гв + гвр.
Вдвигателях с постоянными магнитами центробежный регулятор включается
вцепь якоря.
9-7. Управляемые двигатели
От двигателей, применяемых в различных системах автоматического регу лирования, требуется преобразование электрического сигнала (напряжения управления) в пропорциональный величине сигнала вращающий момент двига теля (при постоянной скорости вращения) или в пропорциональную величине
сигнала скорость вращения |
якоря (при постоянном нагрузочном |
моменте). |
Для этой цели могут быть использованы двигатели постоянного тока неза |
||
висимого возбуждения обычной конструкции. |
|
|
А. Якорное управление. В этом случае применяются как двигатели с электро |
||
магнитным возбуждением, так п двигатели с постоянными магнитами. |
На цепь |
|
якоря подастся напряжение |
управления различной величины. При |
электро |
магнитном возбуждении ток в обмотке возбуждения поддерживается неизменным. Пусковой ток по формуле (8-11) при неподвижном якоре, сопротивлении
г2 цепи якоря и напряжении Ua на цепи якоря
^2П = UJ r j,
соответствующий ему электромагнитный пусковой момент по формуле (8-12)
М зм- п |
кмФбЦд |
|
Гі |
|
|
|
|
|
Пусковой момент на валу двигателя, согласно формуле (8-7), |
|
|
М2хі— М3уі. п—М0 - кмФьІІа ■Mo- |
(9-1) |
158
В этом случае М0 определяется силами трения менаду соприкасающимися неподвижными и подвижными частями двигателя и гистерезисом в сердечнике якоря.
При постоянстве магнитного потока Ф8, момента М0 и сопротивления г2 цепи якоря зависимость между пусковым моментом М2П и напряжением Ua на цепи якоря выражается прямой линией (рис. 9-21).
При больших значениях тока І 2 размагничивающее действие реакции якоря и нагревание обмоток вызывают небольшое отклонение характеристики М2П = = / (Uа) от прямой линии в сторону уменьшения М 2П.
Иногда характеристики строятся от относительной величины напряже ния —• коэффициента сигнала аа = Ua/Uatl, причем номинальное напряжение Uан соответствует поминальному пусковому моменту М2ПИ, т. е. пусковому моменту при номинальном токе в цепи якоря и определенному сопротивлению цепи якоря.
Рис. 9-21. |
Характеристика |
Рис. 9-22. Механические |
|
пускового |
момента при |
характеристики |
двигателя |
якорном |
управлении |
при якорном |
управлении |
Наименьшее напряжение Ua0, вызывающее вращение якоря при отсутствии нагрузки на валу двигателя, называется напряжением трогаыия
|
Uaо |
М0г2 |
|
|
|
|
||
|
кмФ& |
|
|
|
|
|||
и соответствующий ему ток трогания |
|
|
|
|
|
|
||
|
, |
Uап |
|
М0 |
• |
|
|
|
|
20 ~ |
Г2 |
- |
к м Ф б |
|
|
|
|
Из уравнения (8-9) ток при вращении якоря |
/ 2 = |
—— |
и тогда с учетом урав- |
|||||
неннй (3-22) и (4-9) электромагнитный момент |
г 2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||||
|
„ |
к м Ф б ( / а |
к м к ц Ф \ п |
|
|
|
||
|
— |
: |
|
|
;; |
|
|
|
Вращающий момент на валу двигателя |
|
|
|
|
||||
М2 ■Мэм —Мч— |
кмФіЛІа |
,, |
кмккФІп |
|
киФт |
(9-2) |
||
|
■Л/0 • |
|
|
•^2П |
|
1~Ü7~- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученное уравнение механической |
характеристики |
М 2 = / (п) выра |
жается прямой линией 1 на рис. 9-22. Точки пересечения этой характеристики
с осями координат при номинальном напряжении |
Uan соответствуют пусковому |
||
моменту М2ц,н и скорости |
вращения холостого |
хода |
|
_ Uан________ М $идн |
__ Иди І20г 2 |
||
кьФб |
Мт . ц. |
|
к&Фй |
159
Для различных значений напряжения Ua механические характеристики располагаются параллельно. Линией 2 показана механическая характеристика для Uа = Uaii/2. Жесткость механических характеристик
dM __ ЬмЬЩ dn г2
по зависит от напряжения Ua.
Из уравнения механической характеристики может быть получено урав нение характеристики скорости вращения
иа — Ugo _ |
М цГі |
(9-3) |
|
кв:Ф а |
кЕкмФ | • |
||
|
При якорном управлешш регулировочная характеристика п = / (Ua) выражается прямой лшшей (рис. 9-23). При М2 = 0 характеристика 1 поресе-
Рис. 9-23. |
Регулировок- |
Рис. 9-24. Характерпс- |
Рис. 9-25. Регулировоч |
|
ные характеристики дви- |
тики пускового момента |
ные |
характеристики |
|
гателя при |
якорном уп- |
при полюсном управле- |
двигателя при полюсном |
|
равлешш |
шш |
|
управлении |
кает ось абсцисс в точке Uа = Uan, при больших значениях нагрузочного момента регулировочные характеристики перемещаются вправо и параллельны характе ристике 1.
Прямолинейные регулировочные характеристики |
Ms = f ( U a) с одинако |
вым наклоном при различных нагрузочных моментах |
п прямолинейные харак |
теристики пускового момента Л/2П = / (Ua) являются положительными особен ностями якорного управлешш. Вращающий момент двигателя при отсутствии управляющего сигнала равен нулю, что исключает вращение якоря при нагру зочном моменте равном нулю. Мощность управления Ра = UaI 2 равна почти полной мощности, потребляемой двигателем н это приводит к необходимости увеличивать мощность устройства, подающего сигнал па об'мотку якоря.
Применение двигателей с постоянными магнитами позволяет обойтись без источника энергии для возбуждения, их к. п. д. выше, чем двигателей с электро магнитным возбуждением и нагревание обмоток меньше.
Б. Полюсное управление. В этом случае цепь якоря (иногда с включенным последовательно балластным сопротивлением) включена в сеть с неизменным напряжением Ua, а напряженно управления Uв подается на обмотку возбуж
дения.
В соответствии с уравнением (9-1) зависимость вращающего момента Мгп от напряжения управления UB имеет такой же вид, как магнитная характе ристика двигателя (рис. 2-7). При отсутствии остаточного магнитного потока характеристика 1 пускового момента пересекает ось абсцисс при напряжении трогания UB0 (рис. 9-24). При наличии остаточного потока (линия 2) возможно вращение якоря и после снятия управляющего сигнала.
160
Механические характеристики описываются ураппеписм (9-2) и при полюс ном управлении получаются линейными, однако нх жесткость не остается по стоянной, так как при увеличении напряжения UD.пусковой момент увеличи вается, а скорость вращения холостого хода уменьшается. При уменьшении UB и малом нагрузочном моменте на валу двигателя скорость вращения якоря может в несколько раз превысить номинальную и вызвать разрушение якоря.
Регулировочные характеристики по уравнению (9-3) при полюсном управ лении нелинейны и при малом нагрузочном моменте неоднозначны, т. о. одна II та же скорость вращения получается при двух значениях напряжения UB (рис. 9-25). Это является недостатком полюсного управления и оно применяется только при больших нагрузочных моментах, когда устраняются неоднознач ность регулировочных характеристик и возможность значительного увеличе ния скорости вращения. Достоинством является малая мощность управления.
Для уменьшения момента инерции применяется немагнитный полый якорь. Постоянный магнит размещается внутри якоря и крепится к подшипниковому щиту. Обмотка якоря укладывается на цилиндрический каркас из изоляцион ного материала и заливается эпоксидной смолой, концы секций соединяются с пластинами коллектора как в обычном якоре. Корпус двигателя выполняется в виде стального цилиндра и одновременно служит участком магнитопровода. Кроме малого момента инерции, достоинством полого якоря является отсутст вие ферромагнитного окружения секций обмотки, что значительно улучшает условия коммутации н регулировочные характеристики двигателя вследствие уменьшения потока рассеяния и реакции якоря. Неравномерность зазора при вра щении якоря не вызывает периодического изменения радиальных сил притяжения между немагнитным якорем и индуктором и исключаются зубцовые пульсации магнитного потока, это обусловливает низкий уровень шума,и небольшую ампли туду вибраций двигателя. Недостатком полого якоря является необходимость большой намагничивающей силы индуктора, так как путь магнитного потока по участкам с малой магнитной проницаемостью намного длинее, чем при якоре обычной конструкции.
Уменьшение затрат труда при изготовлении двигателя может быть достиг нуто заменой проволочной обмотки якоря так называемой печатной обмоткой, выполненной электрохимическим способом на каркасе. Обмотка получается двухслойной, одна из активных сторон секции расположена на внутренней ци линдрической поверхности каркаса, а вторая сторона — на наружной поверх ности. Соединения лобовых частей обмотки производятся с помощью заклепок, вставленных в отверстия каркаса. Обычно якорь с печатной обмоткой не имеет отдельного коллектора, его функции выполняют проводники наружного слоя обмотки, по которым скользят серебряно-графитовые щетки с очень малым па дением напряжения в скользящем контакте. Достоинством печатной обмотки является хорошее охлаждение, проводники в виде тонкой пленки меди имеют большую поверхность н с трех сторон соприкасаются непосредственно с охлаж дающим воздухом, поэтому уменьшение размеров двигателя ограничивается не условиями охлаждения, а необходимым пусковым моментом н к. п. д. Изго товление печатной обмотки допускает полную механизацию технологического процесса, способствующую уменьшению стоимости двигателя. Якорь с печатной обмоткой может быть выполнен в форме диска, проводники обмотки в этом случае располагаются радиально на обеих торцевых плоскостях, и магнитный поток в якоре направлен параллельно оси двигателя. Основным достоинством дискового якоря является большая устойчивость к внешним механическим воз действиям и возможность выполнения многослойной обмотки для увеличения мощности двигателя.
6 Л, М. Пиотровский
Р а з д е л второй
ТРАНСФОРМАТОРЫ
Г л а в а д е с я та я
ПРИНЦИП РАБОТЫ И ГЛАВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
10-1. Развитие трансформаторостроения
Начальные этапы развития трансформаторостроения были изло жены во введении. В 1890 г. М. О. Доливо-Добровольский предло жил конструкцию трехфазного трансформатора с симметричным рас положением стержней, а затем — в 1891 г. — с расположением стерж ней в одной плоскости (обычным в настоящее время).
В 1891 г. Браун (завод «Эрликон» в Швейцарии) построил первый масляный трансформатор на высокое по тому времени напряжение 30 кв. Одновременно фирма «Вестингауз» в США выполнила две транс форматорные группы мощностью каждая 3 х 2250 кв-а с внутрен ним водяным охлаждением масла.
Дальнейшее развитие основного типа трансформатора — сило вого — находится в тесной зависимости от развития электроэнерге тических систем. За время с 1905 по 1940 г. потребление электроэнер гии в промышленно развитых странах удваивалось примерно каждые 8—10 лет. Это потребовало создания трансформаторов все большей мощности. Уже к 1930 г. был построен трехфазный пятистержневой трансформатор мощностью 100 Мв-а, а к 1936 г. — трехфазный групповой трансформатор мощностью 3 X 65 Мв-а при нормальном охлаждении и 3 X .80 Мв-а при форсированном охлаждении. В на стоящее время для Волжской ГЭС имени В. И. Ленина выполнены трансформаторные группы мощностью 3 X 123,5 Мв-а.
В связи с передачей значительных количеств электроэнергии на все большие расстояния~росло рабочее напряжение трансформато
ров: с |
110 кв |
в 1907 г. до 220 кв в 1921 г., 287,5 кв в 1937 г., 400 кв |
в 1952 |
г., 500 |
кв в 1958 г. и 750 кв в 1970 г. |
В процессе роста мощности и рабочего напряжения трансформа торов перед трансформаторостроением возник ряд проблем: повыше ние к. п. д., совершенствование системы охлаждения, разработка конструкций, устойчивых как в отношении перенапряжений при воз никновении высоких напряжений в линии передач, так и механиче ских усилий при внезапных коротких замыканиях. Путем примене
162