Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

  • главная
  • инфо
  • блог
  • словарь электромеханика
  • электроника
  • крюинговые компании
    • Одесса/Odessa
    • Николаев/Nikolaev
  • Обучение
    • Предметы по специальности
      • АГЭУ
      • АСЭЭС
      • Диагностика и обслуживание судовых технических средств
      • Мехатронные системы
      • Микропроцессоры
      • Моделирование электромеханических систем
      • МПСУ
      • САЭП
      • САЭЭС
      • СДВС
      • СИВС
      • Силовая электроника
      • Судовые компьютерные ceти
      • СУЭ и ОСУ
      • ТАУ
      • Технология судоремонта
      • ТЭП
      • ТЭЭО и АС
    • Общие предметы
      • Безопасность жизнедеятельности
      • Высшая математика
      • Ділова українська мова
      • Интеллектуальная собственность
      • Культурология
      • Материаловедение
      • Охрана труда
      • Политология
      • Системы технологий
      • Судовые вспомогательные механизмы
      • Судовые холодильные установки
    • I курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • II курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • III курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • IV курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • V курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
  • Теория
    • английский
    • интернет-ресурсы
    • литература
    • тематические статьи
  • Практика
    • типы судов
    • пиратство
    • видеоуроки
  • мануалы
  • морской словарь
  • технический словарь
  • история
  • новости науки и техники
    • авиация
    • автомобили
    • военная техника
    • робототехника

01.11.2012

Классификация электродвигателей постоянного тока и их механические характеристики

По способу создания магнитного потока различают электродвигатели с постоянными магнитами и электромагнитами.

Электродвигатели с постоянными магнитами в силу относительно слабого магнитного потока изготовляют только небольшой мощности. Их используют в системах управления в качестве серводвигателей.

Для привода рабочих машин применяются двигатели с электромагнитами, которые по способу включения обмоток, называемых обмотками возбуждения, подразделяются на двигатели с независимым (рис. 2.1, а), параллельным (рис. 2.1, б), последовательным (рис. 2.1, в) и смешанным (рис. 2.1, г) возбуждением.

Различие между двигателями с независимым и параллельным возбуждением заключается в том, что у первого обмотка возбуждения LM1 и якорь М питаются от различных источников постоянного тока, а у второго LM2 и М — от одного. Напряжение возбуждения у двигателей с независимым возбуждением может быть равным напряжению приложенному к якорю, и отличным от него. У крупных двигателей в большинстве случаев напряжение возбуждения меньше напряжения, приложенного к якорю.

У двигателя с последовательным возбуждением обмотка возбуждения LM3 включена последовательно с якорем М. Напряжение возбуждения меньше напряжения, приложенного к якорю.

Двигатели с параллельным и последовательным возбуждением можно рассматривать как частный случай двигателя со смешанным возбуждением, имеющего 2 обмотки возбуждения LM2 и LM3. В цепь якоря включают пусковой реостат R1, а в цепь возбуждения регулирующий—R2.

Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость частоты вращения от вращающего момента на его валу при неизменной схеме включения и постоянных параметрах питающей сети и элементов цепей якоря и возбуждения.

Характеристика называется естественной, если напряжение сети равно нормальному, а сопротивления реостатов R1 и R2 равны нулю (R1 = 0; R2 = 0), в противном случае характеристика называется искусственной.

Аналитическое выражение механической характеристики двигателя может быть получено из соотношений, приведенных в курсе общей электротехники:

и, подставив его в формулу для частоты вращения якоря, получим уравнение механической характеристики двигателя:

При вращающем моменте М = 0

где b — угловой коэффициент характеристики;

Значение углового коэффициента b можно получить другим путем.

При вращающем моменте заторможенного двигателя М = Мп (М п — пусковой момент двигателя) частота вращения n = 0. Тогда 0 = nx — bМп и угловой коэффициент b = nx/Мп.

В этом случае механическая характеристика будет

У двигателя с последовательным возбуждением обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, поэтому его магнитный поток является функцией тока якоря и механическая характеристика имеет вид гиперболы (кривая 2). При идеальном холостом ходе частота вращения неограниченно увеличивается. У реальных двигателей при номинальном режиме магнитная система близка к насыщению. Это вносит определенные искажения в форму механической характеристики, которая при перегрузках двигателя приближается к прямой линии,поскольку при насыщении магнитный поток становится практически постоянным и не зависит от момента.

Механическая характеристика двигателя со смешанным возбуждением (кривая 3) занимает промежуточное положение между механическими характеристиками двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. У него, как и у двигателей с параллельным и независимым возбуждением, частота вращения идеального холостого хода имеет определенное значение

где Ф1 — магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой возбуждения.

Его механическая характеристика криволинейна вследствие изменения магнитного потока, вызванного влиянием последовательной обмотки возбуждения.

Анализируя механические характеристики электродвигателей постоянного тока с различными способами включения обмоток возбуждения, можно прийти к выводу, что с изменением вращающего момента на валу электродвигателя его частота вращения изменяется незначительно у двигателя с параллельным возбуждением и в большей степени у двигателя с последовательным возбуждением.

Мощность, развиваемая электродвигателем,

где w — угловая скорость двигателя.

Следовательно, мощность, потребляемая из сети, у двигателя с последовательным возбуждением изменяется меньше.

Поэтому механическую характеристику двигателя с параллельным возбуждением называют жесткой, а характеристику двигателя с последовательным возбуждением — мягкой.

Характеристика двигателя со смешанным возбуждением обладает меньшей жесткостью, чем характеристика двигателя с параллельным возбуждением, но большей, чем характеристика двигателя с последовательным возбуждением.

Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

ID (номер) заказа
2359995

ВВЕДЕНИЕ 3
1 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО
ТОКА 4
2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЕЙ 7
3 ТИПЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА 9
4 ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА 11
4.1. Рабочие характеристики 11
4.2 Механическая характеристика 14
5 ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ДПТ 18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 20

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.
Электродвигатели постоянного тока используют для регулируемых приводов, например, для приводов различных станков и механизмов. Мощности этих электродвигателей достигают сотен киловатт. В связи с автоматизацией управления производственными процессами и механизмами расширяется область применения маломощных двигателей постоянного тока общего применения мощностью от единиц до сотен ватт.
В зависимости от схемы питания, обмотки возбуждения машины постоянного тока разделяются на несколько типов (с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением).
Вначале создавались машины постоянного тока. В дальнейшем они в значительной степени были вытеснены машинами переменного тока. Благодаря возможности плавного и экономичного регулирования скорости вращения двигатели постоянного тока сохраняют свое доминирующее значение на транспорте, для привода металлургических станков, в крановых и подъемно-транспортных механизмах. В системах автоматики машины постоянного тока широко используются в качестве исполнительных двигателей, двигателей для привода лентопротяжных самозаписывающих механизмов, в качестве тахогенераторов и электромашинных усилителей.
1 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Устройство машин постоянного тока (генераторов и двигателей) в упрощенном виде показано на рис.1.1. К стальному корпусу 1 статора машины прикреплены главные 2 и дополнительные 4 полюса. На главных полюсах расположена обмотка возбуждения 3, на дополнительных – обмотка дополнительных полюсов 5. Обмотка возбуждения создает магнитный поток Ф машины.
Рисунок 1.1 — Устройство машины постоянного тока
На валу 10 двигателя закреплен цилиндрический магнитопровод 6, в пазах которого расположена обмотка якоря 7. Секции обмотки якоря присоединены к коллектору 9. К нему же прижимаются пружинами неподвижные щетки 8. Закрепленный на валу двигателя коллектор состоит из ряда изолированных от него и друг от друга медных пластин. С помощью коллектора, и щеток осуществляется соединение обмотки якоря с внешней электрической цепью. У двигателей они, кроме того, служат для преобразования постоянного по направлению тока внешней цепи в изменяющийся по направлению ток в проводниках обмотки якоря.
Дополнительные полюса с расположенной на них обмоткой уменьшают искрение между щетками и коллектором машины. Обмотку дополнительных полюсов соединяют последовательно с обмоткой якоря и на электрических схемах часто не изображают.
Для уменьшения потерь мощности магнитопровод якоря выполнен из отдельных стальных листов. Все обмотки изготовлены из изолированного провода. Кроме двигателей, имеющих два главных полюса, существуют машины постоянного тока с четырьмя и большим количеством главных полюсов. При этом соответственно увеличивается количество дополнительных полюсов и комплектов щеток.
Если двигатель включен в сеть постоянного напряжения, то при взаимодействии магнитного поля, созданного обмоткой возбуждения, и тока в проводниках якоря возникает вращающий момент, действующий на якорь:
(1)
(2)
где КМ – коэффициент, зависящий от конструктивных параметров машины;
Ф – магнитный поток одного полюса;
IЯ – ток якоря.
Если момент двигателя при n = 0 превышает тормозящий момент, которым нагружен двигатель, то якорь начнет вращаться. При увеличении частоты вращения n возрастает индуцируемая в якоре ЭДС. Это приводит к уменьшению тока якоря:
(3)
где rЯ — сопротивление якоря.
Следствием уменьшения тока IЯ является уменьшение момента двигателя. При равенстве моментов двигателя и нагрузки частота вращения перестает изменяться.
Направление момента двигателя и, следовательно, направление вращения якоря зависят от направления магнитного потока и тока в проводниках обмотки якоря. Чтобы изменить направление вращения двигателя, следует изменить направление тока якоря либо тока возбуждения.
2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЕЙ
В паспорте двигателя и справочной литературе на двигатели постоянного тока указаны следующие технические данные: номинальные напряжение Uи, мощность Pн, частота вращения nн, ток Iн, КПД.
Под номинальным Uн понимают напряжение, на которое рассчитаны обмотка якоря и коллектор, а также в большинстве случаев и параллельная обмотка возбуждения. С учетом номинального напряжения выбирают электроизоляционные материалы двигателя.
Номинальный ток Iн – максимально допустимый ток (потребляемый из сети), при котором двигатель нагревается до наибольшей допустимой температуры, работая в том режиме (длительном, повторно-кратковременном, кратковременном), на который рассчитан:
где Iян — ток якоря при номинальной нагрузке;
Iвн – ток обмотки возбуждения при номинальном напряжении.
Следует отметить, что ток возбуждения Iвн двигателя параллельного возбуждения сравнительно мал, поэтому при номинальной нагрузке обычно принимают
Номинальная мощность Рн — это мощность, развиваемая двигателем на валу при работе с номинальной нагрузкой (моментом) и при номинальной частоте вращения nн.
Частота вращения nн, и КПД соответствуют работе двигателя с током Iн, напряжением Uн без дополнительных резисторов в цепях двигателя.
В общем случае мощность на валу P2, момент М и частота вращения n связаны соотношением:
Потребляемая двигателем из сети мощность Р1, величины P2, КПД, U, I связаны соотношениями:
где
Очевидно, что эти соотношения справедливы также и для номинального режима работы двигателя.
3 ТИПЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Двигатель постоянного тока, является наиболее часто используемым приводом для создания непрерывного движения, скорость вращения которого легко регулируется, что делает их идеальными для использования в устройствах, таких как регулирование скорости, управление сервоприводом и/или требуется позиционирование. Двигатель постоянного тока состоит из двух частей: статор, который является неподвижной частью, и ротор, который является вращающейся частью. В результате доступно три типа двигателей постоянного тока.
Коллекторный двигатель – этот тип двигателя создает магнитное поле в намотанном роторе (вращающаяся деталь), пропуская электрический ток через узел коммутатора и угольной щетки, отсюда и термин «щеточный». Магнитное поле статоров (неподвижная часть) создается с помощью обмотки статора или постоянных магнитов. Обычно моторы с щеткой постоянного тока дешевые, маленькие и легко управляемые.
Бесколлекторный двигатель – этот тип двигателя создает магнитное поле в роторе, используя постоянные магниты, прикрепленные к нему, и коммутация достигается с помощью электроники. Они, как правило, меньше, но дороже, чем обычные двигатели постоянного тока щеточного типа, потому что они используют переключатели «эффекта Холла» в статоре для получения требуемой последовательности вращения поля статора, но они имеют лучшие характеристики крутящего момента / скорости, более эффективны и имеют более длительный срок эксплуатации. чем эквивалентные коллекторные типы.
Серводвигатель – этот тип двигателя в основном представляет собой коллекторный двигатель постоянного тока с некоторой формой управления позиционной обратной связью, подключенной к валу ротора. Они подключены к контроллеру типа ШИМ и управляются им, и в основном используются в системах позиционного управления и радиоуправляемых моделях.
Обычные двигатели постоянного тока имеют почти линейные характеристики, скорость вращения которых определяется приложенным напряжением постоянного тока, а их выходной крутящий момент определяется током, протекающим через обмотки двигателя. Скорость вращения любого двигателя постоянного тока может варьироваться от нескольких оборотов в минуту (об/мин) до многих тысяч оборотов в минуту, что делает их пригодными для применения в электронике, автомобилестроении или робототехнике. При подключении их к коробкам передач или зубчатым передачам их выходная скорость может быть уменьшена, в то же время увеличивая крутящий момент двигателя на высокой скорости.
4 ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
4.1. Рабочие характеристикиРабочими называются регулировочная, скоростная, моментная и к.п.д. характеристики.
Регулировочная характеристика представляет зависимость скорости вращения П от тока Iв возбуждения в случае, если ток Iа якоря и напряжение U сети остаются неизменными, т. е. n=f(Iв) при Ia=const и U=const.
До тех пор, пока сталь магнитопривода машины не насыщена, поток Ф изменяется пропорционально току возбуждения Iв. В этом случае регулировочная характеристика является гиперболической. По мере насыщения при больших токах Iв характеристика приближается к линейной (рис. 4.1). При малых значениях тока Iв скорость вращения резко возрастает. Поэтому при обрыве цепи возбуждения двигателя (Iв = 0) с параллельным возбуждением скорость его вращения достигает недопустимых пределов, как говорят: «Двигатель идет вразнос». Исключение могут составлять микродвигатели, которые имеют относительно большой момент М0 холостого хода.
Рисунок 4.1 – Регулировочная характеристика двигателя
В двигателях последовательного возбуждения Iв = Iа. При малых нагрузках ток якоря Iа мал и скорость вращения может быть слишком большой, поэтому пуск и работа при малых нагрузках недопустимы. Микродвигатели так же, как и. в предыдущем случае, могут составлять исключение.
Скоростные характеристики дают зависимость скорости вращения п от полезной мощности Р2 на валу двигателя в случае, если напряжение U сети и сопротивление rв регулировочного реостата цепи возбуждения остаются неизменными, т. е. n=f(P2), при U=const и rв = const.
Рисунок 4.2 – Скоростные характеристики
С возрастанием тока якоря при увеличении механической нагрузки двигателя параллельного возбуждения одновременно увеличивается падения напряжения в якоре и появляется реакция якоря, которая обычно действует размагничивающим образом. Первая причина стремится уменьшить скорость вращения двигателя, вторая – увеличить. Действие падения напряжения в якоре обычно оказывает большее влияние. Поэтому скоростная характеристика двигателя параллельного возбуждения имеет слегка падающий характер (кривая 1, рис. 4.2).
В двигателе последовательного возбуждения ток якоря является током возбуждения. В результате скоростная характеристика двигателя с последовательным возбуждением имеет характер, близкий к гиперболическому. При увеличении нагрузки по мере насыщения магнитной цепи характеристика приобретает более прямолинейный характер (кривая 3 на рис. 4.2).
В компаундном двигателе при согласном включении обмоток скоростная характеристика занимает промежуточное положение между характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения (кривая 2).
Моментные характеристики показывают, как изменяется момент М при изменении полезной мощности Р2 на валу двигателя, если напряжение U сети и сопротивление rв регулировочного реостата в цепи возбуждения остаются неизменными, т. е. М = f(P2), при U=const, rв=const.
Полезный момент на валу двигателя
Ммех=P2ω=602π∙P2nЕсли скорость вращения двигателя параллельного возбуждения не изменялась бы с нагрузкой, то зависимость момента Ммех от полезной мощности графически представляла бы прямую линию, проходящую через начало координат. В действительности скорость вращения с увеличением нагрузки падает. Поэтому характеристика полезного момента несколько загибается кверху (кривая 2, рис. 4.3). При этом кривая электромагнитного момента М проходит выше кривой полезного момента Ммех на постоянную величину, равную моменту холостого хода М0 (кривая 1).
Рисунок 4.3 – Моментные характеристики
В двигателе последовательного возбуждения вид моментной характеристики приближается к параболическому, так как изменение момента от тока нагрузки происходит, по закону параболы, пока сталь не насыщена. По мере насыщения зависимость приобретает более прямолинейный характер (кривая 4). В компаундном двигателе моментная характеристика (кривая 3) занимает промежуточное положение между характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения.
Кривая зависимости к. п. д. от нагрузки имеет характерный для всех двигателей вид (рис. 4.4). Кривая проходит через начало координат и быстро растет при увеличении полезной мощности до 1/4 номинальной. При мощности Р2, равной примерно 2/3 номинальной, к. п. д. обычно достигает максимального значения. При увеличении нагрузки до номинальной к. п. д. остается постоянным или незначительно падает.
Рисунок 4.4 – Изменение к. п. д. двигателя
4.2 Механическая характеристикаВажнейшей характеристикой двигателя является механическая n(M). Она показывает, как зависит частота вращения двигателя от развиваемого момента. Если к обмоткам двигателя подведены номинальные напряжения и отсутствуют дополнительные резисторы в его цепях, то двигатель имеет механическую характеристику, называемую естественной. На естественной характеристике находится точка, соответствующая номинальным данным двигателя (Мн, Ря и т.д.). Если же напряжение на обмотке якоря меньше номинального, либо Iв

    • 1
    • 2
Читать еще:  Греется двигатель ямз 236 причина

Нет нужной работы в каталоге?

Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.

Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов

Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит

Бесплатные доработки и консультации

Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки

Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа

Техподдержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему

Строгий отбор экспертов

К работе допускаются только проверенные специалисты с высшим образованием. Проверяем диплом на оценки «хорошо» и «отлично»

Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы

Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован

Электропривод карьерного экскаватора

В карьерных экскаваторах типа ЭКГ или ЭШ используется большое количество систем, разнообразных по назначению и принципу работы. Практически все известные на сегодня схемы преобразования энергии, такие как гидравлика, пневматика, электропривод, электроника, нашли применение на этих машинах. Первичной и главной ступенью преобразования энергии – а в современных тяжелых экскаваторах это электрическая энергия, поступающая в экскаватор через высоковольтную питающую цепь, – является электропривод.

Эволюция электропривода карьерных экскаваторов за последние тридцать лет привнесла некоторые изменения в конструкцию, но по-настоящему новых принципиальных решений, уже внедренных на «живых» машинах, мало.

Классически для привода главных механизмов применяются двигатели постоянного тока с независимым возбуждением, питаемые от регулируемых генераторов (система Г–Д) или регулируемых статических тиристорных преобразователей (система ТП–Д).

Двигатель с экскаваторной (саморазгружающейся) характеристикой подразумевает работу с номинальной частотой вращения вплоть до стопорного максимального момента, по достижении которого двигатель останавливается, но не теряет усилие на приводном валу. То есть когда, к примеру, груженый ковш упирается в неподвижный массив и усилия, развиваемого подъемной лебедкой, недостаточно для внедрения ковша, не должно происходить «опрокидывание» двигателя, т. е. падение оборотов и снижение момента на валу двигателя. Для сохранения наибольшей производительности экскаватора желательно, чтобы двигатель работал с постоянной наибольшей частотой вращения до момента начала стопорения (наибольшей нагрузки). Это означает, что механическая характеристика (зависимость частоты вращения от момента на валу двигателя) должна быть жесткой, состоять из рабочего участка с минимальной линейной зависимостью частоты вращения от момента и нерабочего участка, соответствующего падению частоты вращения при максимальном моменте стопорения. К такому экскаваторному режиму наиболее близок режим работы двигателей постоянного тока.

Читать еще:  Влияние компрессии на запуск бензинового двигателя

Из школьного курса все знают, что обмотка возбуждения двигателя постоянного тока в виде главных магнитных полюсов располагается в статоре, на обмотку якоря (ротора) ток поступает через щетки и коллектор – аппарат, который преобразует постоянную э.д.с. питающей сети в переменную э.д.с. обмотки якоря.

Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока возможно тремя способами: изменением сопротивления обмотки якоря, подводимого напряжения или потока возбуждения (тока возбуждения). Изменение сопротивления обмотки якоря для регулирования невыгодно, так как не экономично и сильно смягчает механическую характеристику. Регулирование изменением потока возбуждения применимо при малых моментах нагрузки. Момент двигателя прямо пропорционален потоку возбуждения, а кроме того, обрыв в цепи возбуждения может привести к работе двигателя вразнос при отсутствии значимой нагрузки на валу, так как частота вращения обратно пропорциональна потоку возбуждения.

Регулирование частоты вращения изменением питающего напряжения требует источника с регулируемым напряжением.

Питание двигателей постоянного тока (главных приводов экскаватора) долгий период времени осуществлялось от генераторов постоянного тока (система Г–Д). Это достаточно надежная и простая в управлении система электропривода, она используется уже много десятилетий в приводах карьерных экскаваторов.

В простейшей системе Г–Д изменение питающего напряжения (выходного напряжения генератора) происходит путем изменения тока возбуждения в независимой обмотке возбуждения генератора (например, с помощью реостата в цепи возбуждения). Снижение питающего напряжения приводит к снижению частоты вращения двигателя при сохранении рабочего момента и жесткости рабочих характеристик (справедливо для двигателей с независимым и параллельным возбуждением).

Для привода генераторов используется сетевой двигатель. Обычно преобразовательный агрегат включает в себя один или несколько сетевых двигателей, которые вращают генераторы. Каждый генератор обеспечивает привод соответствующего механизма – привод подъема, напора (тяги для драглайнов), поворота, хода, открытия днища ковша (для ЭКГ). В агрегат может входить генератор собственных нужд, питающий постоянным током обмотки возбуждения двигателей и генераторов. В качестве сетевого двигателя используются мощные асинхронные (ЭКГ-5А) или синхронные двигатели переменного тока (ЭКГ-10, ЭКГ-15, ЭШ-11.70 и т. д.).

Индивидуальный привод основных механизмов автоматизирован. Машинист управляет только частотой вращения и проводит реверсирование двигателя в процессе копания. Остальные процессы регулирования (стабилизация частоты вращения и ограничение предельной нагрузки, формирование экскаваторной характеристики) происходят автоматически. В основу принципа автоматизации управления отдельного механизма положена специальная система автоматического регулирования (САР). Регулятором здесь выступает силовой магнитный усилитель (он заменяет управляющий реостат в цепи возбуждения в простейшей схеме). В САР генератор является одновременно усилительным и исполнительным элементом, двигатель – объектом регулирования, а регулируемой величиной является частота вращения двигателя. При управлении машинист, желая установить определенную частоту двигателя, воздействует на цепь возбуждения генератора, т. е. изменяет величину тока в его обмотке возбуждения посредством командоконтроллера. Для поддержания заданного режима в САР присутствует обратная связь, обеспечивающая корректирующее воздействие на магнитные усилители и далее на ток в цепи возбуждения генератора.

Более прогрессивной считается схема, в которой питание обмотки возбуждения генератора (двигателя) осуществляется посредством тиристорного преобразователя. При такой схеме не требуется задействовать генератор собственных нужд, призванный питать обмотки возбуждения электромашин и привода малой мощности (открытия днища ковша). Основными преимуществами тиристорных возбудителей являются малая инерционность и более высокий к.п.д. по сравнению с силовыми магнитными усилителями. Тиристор преобразует переменный ток в постоянный с регулированием выпрямленного напряжения. Ток управления тиристора регулируется сельсинным командоаппаратом.

Второй способ – использовать вместо генератора тиристорный преобразователь (ТП–Д). Однако использование силовых тиристорных преобразователей для электропривода главных приводов приводит к снижению коэффициента мощности энергетической установки экскаватора, появлению дополнительных гармоник и колебаний напряжения в сети, что снижает качество электроснабжения карьера. Чтобы уменьшить негативное влияние работы ТП на сеть, на экскаваторах используются фильтрокомпенсирующие устройства. В бывшем СССР схема ТП–Д была обкатана на ЭКГ-20.

Другим перспективным направлением является применение импульсного способа изменения какого-либо параметра двигателя – напряжения, сопротивления в цепях статора или ротора. Изменяя длительность импульса, достигают изменения средней частоты вращения.

Асинхронные двигатели, питаемые от регулируемых статических преобразователей частоты (ПЧ–АС), применяют в электроприводе начиная с 1970-х годов. Асинхронные электродвигатели благодаря простоте производства и надежности в эксплуатации широко используют в нерегулируемом электроприводе. Основные их недостатки – ограниченный диапазон регулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности.

Преобразователи частоты получили распространение в первую очередь в системах плавного пуска. Сейчас частотные преобразователи внедряются и в качестве регуляторов в мощных приводах (до 10 МВт шахтные подъемники, вентиляционные системы, водоотлив, конвейерный транспорт, тяговый привод подвижного состава на железнодорожном транспорте и др.). Применение частотных преобразователей позволяет:

  • плавно регулировать скорость вращения асинхронного электродвигателя при сохранении момента на валу;
  • снизить потребление электроэнергии на 30…50% за счет оптимального управления электродвигателем в зависимости от нагрузки;
  • осуществлять плавный пуск электродвигателя с током, не превышающим номинального значения для электродвигателя;
  • устранить пиковые нагрузки на электросеть и просадки напряжения в ней в момент пуска электропривода.

Частотные преобразователи создают определенные электромагнитные помехи, для уменьшения которых необходимо применять дополнительные фильтры. Для работы на низких частотах требуется эффективное принудительное охлаждение. Другой аспект – трудность обеспечения экскаваторной механической характеристики. В процессе работы экскаватора нагрузочные моменты могут меняться в значительной степени за короткие промежутки времени от максимальных моментов, способных «опрокинуть» двигатель, до минимальных. Поэтому требуется автоматическая одновременная регулировка частоты и питающего напряжения, поступающего на обмотку статора.

Несмотря на высокую перспективность системы ПЧ–АС, массового и быстрого внедрения на экскаваторах в России она до сих пор не получила. Здесь сказывается и определенный общий провал 1990-х годов в промышленности, и необходимость внедрять новые решения в системах автоматического регулирования. Работоспособность системы ПЧ–АС неоднократно доказана, в том числе при эксплуатации модернизированного экскаватора ЭШ-20.90 на Сафроновском разрезе (Иркутская обл.).

Читать еще:  Вибрация двигателя на холостых ауди 100

Вопросов при использовании системы ПЧ–АС возникает много, для краткого их обзора потребуется отдельная публикация.

Сегодня мировые лидеры производства электрических экскаваторов, такие как Bucyrus International Inc. с входящими в ее состав Marion и Ransomes-Rapier, а также P&H предлагают экскаваторы с электроприводом, выполненным по разным схемам – ПЧ–АС, Г–Д, ТП–Д. Выбор системы остается за заказчиком.

Возбудители и вспомогательные генераторы

Возбудители предназначены для питания постоянным током обмотки независимого возбуждения тягового генератора непосредственно или через выпрямитель (синхронные), а вспомогательные генераторы — для питания различных нагрузок собственных нужд тепловоза (заряд аккумуляторной батареи, питание цепей управления и освещения, электродвигателей привода насосов, вентиляторов и др.). Вспомогательные синхронные генераторы большой мощности на новых тепловозах используются для питания асинхронных электродвигателей, обмотки возбуждения тягового генератора и др. Основные технические данные возбудителей и вспомогательных генераторов для выпускаемых и эксплуа тируемых тепловозов приведены в табл. 8.3.

Возбудители и вспомогательные генераторы постоянного тока имеют унифицированную конструкцию. Для уменьшения габаритных размеров, массы, а также упрощения монтажа и привода их на тепловозе они выполняются в виде двухмашинных агрегатов с общим валом. Наиболее распространенными и характерными по устройству и эксплуатации их возбудителей и вспомогательных генераторов являются агрегаты А706Б и МВТ25/9 + МВГ25/11, подвозбу-дитель ВС652 и возбудитель ВС650В.

Двухмашинный вспомогательный агрегат А706Б. Агрегат (рис. 8.19) включает возбудитель В600 и вспомогательный генератор ВГТ275/120. Конструкция этих машин имеет некоторые отличия от описанных ранее. Так, корпусы 12, 17 со стороны, противоположной коллектору, строго сцентрированы торцами и жестко свинчены вместе болтами 15. К другим торцам корпусов приварены гнутые ребра 7, 19 и ступицы, образующие подшипниковые щиты, закрытые крышками 8. В ступицы щитов вмонтированы капсулы 2 с подшипниками 1. Якоря 9, 18 обеих машин собраны на общем валу 20, а пластины их коллекторов 4 закреплены на втулке посредством опрес-совки высокопрочной пластмассой 3. Главные полюсы 13 магнитной системы возбудителя, кроме катушки независимого возбуждения 11, имеют размагничивающую катушку 10. А добавочные полюсы 14 обеих машин выполнены в виде моноблоков посредством заливки и запечки катушки с сердечником в эпоксидной смоле. Щеткодержатели 6 (со щетками) закреплены болтами к кольцевой изоляционной траверсе 5. Соединение и маркировка выводов обмоток обеих машин выполнены по схемам, приведенным на рис. 8.20. Охлаждение агрегата осуществляется встроенным центробежным вентилятором 16 (см. рис. 8.19), закрепленным на валу между якорями обеих машин и имеющим лопатки с обеих сторон несущего диска для забора охлаждающего воздуха со стороны коллекторов обеих машин и выброса его через люки над вентилятором в месте соединения корпусов.

У применяемых двухмашинных агрегатов на тепловозах ТЭМ2, ТЭЗ и некоторых других серий возбудители типов МВТ25/9 и ВТ275/120 выполнены соответственно с продольно и радиально расщепленными главными полюсами (рис. 8.21). Сердечники их имеют насыщаемый участок со значительно меньшим сечением, охватываемый дополнительно дифференциальной (встречной) обмоткой, по которой протекает ток якоря тягового генератора. Этим обеспечивается формирование внешней характеристики тягового генератора по гиперболической кривой и постоянство мощности дизеля во всем рабочем диапазоне нагрузки тепловоза.

Частота вращения наибольшая, об/мин

Класс изоляции обмоток

при указанном напряжении

Двухмашинные агрегаты: Возбудитель Вспомогательный генератор

ТЭП60, М62, 2ТЭ10

Рис. 8.19. Двухмашинный вспомогательный агрегат типа А706Б Рис. 8.20. Схемы соединений обмоток электромашин агрегата А706Б:

о — возбудителя В600; б — вспомогательного генератора ВГТ275/120; «, к, к/, к1, н2, к2-начало и конец катушек полюсов; НИ, Н12- начало н конец обмотки независимого возбуждения; Н21, Н22- начало н конец размагничивающей обмотки; Ш1, Ш2- начало и конец обмотки параллельного возбуждения; Я1, Я2- начало и конец обмоткн якоря Стартер-генератор ПС Г. Применяется на тепловозах с электропередачей переменно-постоянного тока. Используется кратковременно в качестве электродвигателя для пуска дизеля (с питанием от аккумуляторной батареи) и постоянно — в качестве вспомогательного генератора для электроснабжения потребителей собственных нужд тепловоза. Он представляет собой (рис. 8.22) четы-рехполюсную электрическую машину постоянного тока с независимым возбуждением и самовентиляцией.

Особенностью конструкции стартер-генератора является наличие пусковой обмотки на главных полюсах магнитной системы (для работы в режиме электродвигателя при пуске дизеля), закрепление пластин на втулке коллектора с помощью общей гайки (вместо болтов), выполнение подшипниковых щитов в виде плоских дисков с окнами, закрытыми щитками. В остальном конструкция составных частей и правила эксплуатации стартер-генератора аналогичны ранее описанным электрома-

Рис. 8.21. Устройство расщепленных полюсов возбудителей:

а — продольного расщепления; б — поперечного расщепления; 1, 7-катушка независимого возбуждения; 2, 10- катушка дифференциальная; 3, 8 н 5, 9- насыщаемый н ненасыщаемый участки сердечника; 4-катушка параллельного возбуждения; 6-немагнитная (латунная) проставка шинам. Соединение и маркировка выводов обмоток выполнены по схеме, приведенной на рис. 8.23.

Для некоторых новых мощных тепловозов стартер-генераторы выполняют в виде однокорпусных агрегатов из двух одинаковых машин с якорями на общем валу — 2ПСГ.

Синхронный подвозбудитель ВС652. Применяется на большинстве тепловозов с электропередачей постоянного тока для независимого возбуждения возбудителя тягового генератора (через выпрямители) вместо ранее применявшихся агрегатов А703, А705А и подвозбудителя ГС500А. Он представляет собой (рис. 8.24) однофазную четырехполюсную синхронную электрическую машину обращенного типа [обмотка возбуждения расположена на полюсах, закрепленных к неподвижному корпусу, а э.д.с. наводится в обмотке вращающегося ротора (якоря) и снимается с контактных колец]. Корпус 11 изготовлен из стальной трубы. Он имеет со стороны контактных колец монтажно-смотровые окна, закрытые быстросъемной крышкой, и в нижней части опорные лапы для установки и крепления подвозбудителя. Во внутреннюю расточку корпуса запрессован изготовленный из стальной трубы массивный магнитопровод 10, а к торцам его закреплены болтами подшипниковые щиты 3. Щиты выполнены в виде плоских дисков с окнами, закрытыми жалюзийными щитками 2 для входа и выхода охлаждающего воздуха. Полюсы состоят из литого сердечника 8 и катушки 7. Якорь собран на валу 13, имеет сердечник 9 из листов электротехнической стали, всыпную обмотку 6, соединенную с контактными кольцами 5, и опирается на подшипники 1. Щеткодержатели (со щетками) 4 закреплены к изоляционной траверсе. Соединение и маркировка выводов обмоток подвозбудителя выполнены по схеме, приведенной на рис. 8.25, а. Охлаждение подвозбудителя осуществляется естественным способом. Добавление свежей смазки в под-

Рис. 8.22. Стартер-генератор типа ПСГ: 1-коробка выводов обмоток; 2-кольцевой замок быстросъемной крышки люка; 3, 19- подшипники; 4- масленка; 5, 18- подшипниковые шиты; 6- кронштейн (бракет); 7- коллектор; 8- щеткодержатели со щетками; 9-корпус; 10-обмотка якоря; 11, 12-катушка и сердечник добавочного полюса; 13- сердечник якоря; 14-сердечник главного полюса; 15, 16-катушки пусковая и независимого возбуждения; 17- вентилятор; 20- приводной конец вала якоря Рис. 8.23. Схема соединений обмоток стартер-генератора ПСГ:

н, к, н1, к!- начало и конец катушек полюсов; Я/, П2- начало обмотки якоря и конец пусковой обмотки; Н1, Н2- начало и конец обмотки независимого возбуждения; Д2- конец обмотки добавочных полюсов; П1- начало пусковой обмотки. Штриховыми линиями показаны соединения катушек со стороны, противоположной коллектору шипники в эксплуатации производится через шариковую масленку 12 и трубку. В эксплуатации внимание следует обращать на исправность и качество привода подвозбудителя, состояние контактных колец и щеточного токосъема, изоляции и подшипников.

Синхронный возбудитель ВС650В.

Применяется для возбуждения (через выпрямители) тяговых синхронных генераторов новых тепловозов с электропередачей переменно-постоянного тока. По конструкции (рис. 8.26), установке и условиям эксплуатации на тепловозах возбуди-

Рис. 8.25. Схемы соединений обмоток синхронных возбудителей:

а — подвозбудителя ВС652; б — возбудителя ВС650В; н, к — начало и конец катушек полюсов; С1, С2- начало и конец обмотки якоря; И1, И2- начало и конец обмотки независимого, возбуждения Рис. 8.26. Синхронный возбудитель типа ВС650В:

1- подшипник; 2, 13- подшипниковые щиты; 3- контактные кольца; 4- щеткодержатели со щетками; 5- соединение обмотки якоря с контактными кольцами; 6, 11- обмотка и сердечник якоря; 7, 9- катушка н сердечник полюса; 8- корпус; 10- стержень демпферной обмотки; 12- вентилятор; 14- приводной конец вала якоря тель аналогичен описанному подвоз-будителю ВС652, но имеет восьми-полюсное исполнение обмотки возбуждения без дополнительного маг-нитопровода в корпусе. Схема соединения обмоток возбудителя приведена на рис. 8.25, б.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector