Причины, вызывающие искрение на коллекторе.

При работе машины постоянного тока щетки и кол­лектор образуют скользящий контакт. Площадь кон­такта щетки выбирают по значению рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, в соответст­вии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щеток. Если по какой-то причине щетка приле­гает к коллектору не всей поверхностью, то возникают чрезмерные местные плотности тока, приводящие к искрению на коллекторе.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и ком­мутационные.

Механические причины искрения — слабое давление щеток на коллектор, биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, выступание миканитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щетко­держателей, а также другие причины, вызываю­щие нарушение электрического контакта между щеткой и коллектором.

Потенциальные причины искрения появ­ляются при возникновении напряжения между смеж­ными коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение. В этом случае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопро­вождается появлением на коллекторе электрических дуг.

Коммутационные причины искрения соз­даются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин искрения следует начи­нать с механических, так как их обнаруживают осмотром коллектора и щеточного устройства. Труд­нее обнаружить и устранить коммутационные при­чины искрения.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраиваю темную коммутацию, исключающую какое-либо искрение на коллекторе в процессе эксплуатации машины, по мере износа кол­лектора и теток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и опасным, тогда машину необходимо остановить для выяснения и устранения причин иск­рения. Однако небольшое искрение в машинах общего назначе­ния обычно допустимо.

Согласно ГОСТу, искрение на коллекторе оценивается сте­пенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

Степень 1 - искрения нет (темная коммутация).

Степень 1/4 - слабое искрение под небольшой частью щетки, не вызывающее почернения коллектора и появления на­гара на щетках.

Степень 1/2 - слабое искрение под большей частью щет­ки, приводящее к появлению следов почернения на коллекторе, легко устраняемого протиранием поверхности коллектора бензи­ном, и следов нагара на щетках.

Степень 2 - искрение под всем краем щетки. Допускает­ся только при кратковременных толчках нагрузки и при перегруз­ке. Приводит к появлению следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках.

Степень 3 - значительное искрение под всем краем щетки с появлением крупных вылетающих искр, приводящее к значи­тельному почернению коллектора, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также к подгару и разруше­нию щеток. Допускается только для моментов прямого (безреос­татного) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для даль­нейшей работы.

Если допустимая степень искрения в паспорте электриче­ской машины не указана, то при номинальной нагрузке она не должна превышать 1/2.

При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с одной пластины (сбегающей) на другую (набегающую) сопровождается переключением секции обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменением как значения, так и направления тока в этой секции. Процесс переключения секции из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие его явления называются коммутацией.

Секция, в которой происходит коммутация, называется ком­мутирующей, а продолжительность процесса коммутации - периодом коммутации:

Tк = [60/(Kn)] (bщ/bк), (9)

 

где b_щ - ширина щетки; К - число коллекторных пластин; п - частота вращения якоря, об/мин; bк - расстояние между серединами соседних коллекторных пластин (коллекторное деление).

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть коммутацию в общем виде. Поэтому для получения аналитиче­ских и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают, что ширина щетки равна коллекторному делению; щетки расположены на геометрической нейтрали; электрическое сопротивление коммутирующей секции и мест ее присоединения к коллектору по срав­нению с сопротивлени­ем переходного контак­та «щетка — коллектор» пренебрежимо мало (обычно такое соотно­шение указанных со­противлений соответст­вует действительности).

В начальный момент коммутации (рисунок 20, а) контактная поверх­ность щетки касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой па­раллельной ветви об­мотки и ток в ней равен ia. Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате коммутирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней постепенно уменьшается. В середине процесса коммутации (t = 0,5 T к) контактная поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины (рисунок 20, б). В конце коммутации (t = Tк) щетка полностью переходит на пластину 2 и теряет контакте пластиной 1 (рисунок 20, в), а ток в коммутирую­щей секции становится равным — i_а, т. е. по значению таким же, что и в начале коммутации, а по направлению — противополож­ным. При этом коммутирующая секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.

 

 

Рисунок 20 - Переход коммутирующей секции из одной параллельной ветви в другую

 

Тема: Генератор независимого возбуждения

 

Схема включения генератора независимого возбуждения показана на рисунке 21,а.

 

Рисунок 21

 

Регулировочный реостат, включенный в цепь возбуждения, дает возможность регулировать ток возбуждения, а следовательно, и основной магнитный поток машины. Обмотка возбуждения питается от источника энергии постоянного тока: аккумулятора, выпрямителя или же другого генератора постоянного тока.

Характеристика холостого хода. При снятии данной характеристики (рисунок 21,б) генератор работает в режиме х.х. Установив номинальную частоту вращения и поддерживая ее неизменной, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения от нулевого значения до значения А, при котором U_х.х равно 1,15 от номинального, тем самым получая данные для построения кривой 1. Начальная ордината кривой 1 не равна 0, что объясняется действием небольшого магнитного потока остаточного магнетизма, сохранившегося от предыдущего намагничивания машины. Уменьшив ток возбуждения до 0 и изменив его направление, постепенно увеличивают ток в цепи возбуждения. Полученная таким образом кривая 2 называется нисходящей ветвью характеристики. В первом квадранте кривая 2 располагается выше кривой 1. Объясняется это тем, что в процессе снятия кривой 1 произошло увеличение магнитного потока остаточного намагничивания. Далее опыт проводят в обратном направлении. В результате получают кривую 3, называемую восходящей ветвью характеристики. Нисходящая и восходящая ветви образуют петлю намагничивания. Проведя между кривыми 2 и 3 среднюю линию 4, получим расчетную характеристику х.х.

Прямолинейная часть характеристики х.х. соответствует ненасыщенной магнитной системе машины. При дальнейшем увеличении тока сталь машины насыщается и характеристика приобретает криволинейный характер.

Внешняя характеристика. Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки. При снятии данных для построения внешней характеристики генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и нагружают его до номинального тока при номинальном напряжении. Затем, постепенно уменьшая нагрузку вплоть до х.х, снимают показания приборов. Сопротивление цепи возбуждения и частоту вращения в течении опыта поддерживают неизменными. На рисунке 22,а представлена внешняя характеристика генератора независимого возбуждения, из которой видно, что при увеличении тока нагрузки напряжение на выводах генератора понижается; это объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи якоря.

 

 

Рисунок 22

 

Регулировочная характеристика. Данная характеристика (рисунок 22,б) показывает, как следует менять ток в цепи возбуждения, чтобы при изменении тока нагрузки генератора напряжение на его выводах оставалось неизменным. При работе генератора без нагрузки в цепи возбуждения устанавливают ток, при котором напряжение на выводах генератора становится равным номинальному. Затем постепенно увеличивают нагрузку генератора, одновременно повышают ток возбуждения таким образом, чтобы напряжение генератора во всем диапазоне нагрузок оставалось равным номинальному. Так получают восходящую ветвь характеристики (кривая 1). Затем проводя опыт в обратном направлении получают кривую 2. Кривые не совпадают из-за остаточного магнетизма машины. Средняя кривая 3 проводится между двумя кривыми, полученными опытным путем и называется практической регулировочной характеристикой генератора.

Недостаток генератора – требуется дополнительный источник питания. Достоинство – возможность регулирования напряжения в широких пределах, а также сравнительно жесткая внешняя характеристика.

 

Тема: Генератор смешанного и параллельного возбуждения

 

Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока осно­ван на том, что магнитная система машины, будучи намагничен­ной, сохраняет длительное время небольшой магнитный поток остаточного магнетизма сердечников полюсов и станины Ф_ост(порядка 2—3 % от полного, потока). При вращении якоря поток Ф_ост индуцирует в якорной обмотке ЭДС Е_ост, под действием кото­рой в обмотке возбуждения возникает небольшой ток I_в.ост. Если МДС обмотки возбуждения I_в.остw_в имеет такое же направление, как и поток, то она увеличивает поток главных полюсов. Это, в свою очередь, вызывает увеличение ЭДС генератора, отчего ток возбуждения вновь увеличится. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешено падением напряжения в цепи возбуждения, т.е. .

На рисунке 23, а показана схема включения генератора парал­лельного возбуждения, на рисунке 23, б — характеристика х.х. генератора (кривая 1) и зависимость падения напряжения от тока возбуждения (прямая 2). Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, так как именно в ней .

 

 

Рисунок 23

 

Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс определяется из треугольника ОАВ:

 

, (10)

 

где m_i – масштаб тока (по оси абсцисс), А/мм;

m_u – масштаб напряжения (по оси ординат), В/мм.

 

Из формулы следует, что угол наклона прямой к оси абсцисс прямо пропорционален сопротивлению цепи возбужде­ния. Однако при некотором значении сопротивления реостата r_рг сопротивление r_в достигает значения, при котором зависи­мость становится касательной к прямолинейной части характеристики х.х. (прямая 3). В этих условиях генератор не самовозбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при кото­рой прекращается самовозбуждение генератора, называют кри­тическим сопротивлением (r_в.крит).

Следует отметить, что самовозбуждение генератора возможно лишь при частоте вра­щения, превышающей критическую n_кр. Это условие вытекает из характеристики самовоз­буждения генератора (рисунок 24), представ­ляющей собой зависимость напряжения гене­ратора в режиме х. х. от частоты вращения при неизменном сопротивлении цепи возбуж­дения, т.е. при .

 

 

Рисунок 24

 

Анализ характеристики самовозбуждения показывает, что при n<n_кр увеличение час­тоты вращения якоря генератора сопровождается незначительным увеличением напряжения, так как процесса самовозбуждения нет и появление напряжения на выходе генератора обусловлено лишь остаточным намагничиванием магнитной цепи генератора. Про­цесс самовозбуждения начинается при n>n_кр. В этом случае увеличение частоты вращения сопровождается резким ростом нап­ряжения U₀. Однако при частоте вращения, близкой к номиналь­ной, рост напряжения несколько замедляется, что объясняется магнитным насыщением генератора. Критическая частота враще­ния зависит от сопротивления цепи возбуждения и с ростом послед­него увеличивается.

Таким образом, самовозбуждение генераторов постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий: а) магнит­ная система машины должна обладать остаточным магнетиз­мом; б) присоединение обмотки возбуждения должно быть таким, чтобы МДС обмотки совпадала по направлению с потоком оста­точного магнетизма Ф_ост; в) сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического; г) частота вращения якоря должна быть больше критической.

Так как генератор параллельного возбуждения самовозбуждается лишь в одном направлении, то и характеристика х.х. этого генератора может быть снята только для одного квадранта осей координат.

Нагрузочная и регулировочная характеристики генератора параллельного возбуждения практически не отличаются от соот­ветствующих характеристик генератора независимого возбуж­дения.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуж­дения 1 (рисунок 25) менее жесткая, чем у генератора независи­мого возбуждения. Объясняется это тем, что в генераторе парал­лельного возбуждения помимо причин, вызывающих уменьшение напряжения в генераторе независимого возбуждения (реакция якоря и падение напряжения в цепи якоря), действует еще и третья причина — уменьшение тока возбуждения, вызванное снижением напряжения от действия первых двух причин. Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопро­тивления нагрузки r_н ток увеличивается лишь до критического значения I_кр, а затем при дальнейшем уменьшении сопротивле­ния нагрузки ток начинает уменьшаться. Наконец, ток на­грузки при коротком замыка­ая I_к<I_кр. Дело в том, что с увеличением тока усиливается размагничивание генератора (усиление реакции якоря и уменьшение тока возбуждения), машина переходит в нена­сыщенное состояние, при котором даже небольшое умень­шение сопротивления нагрузки вызывает резкое уменьшение ЭДС машины (см. рисунок 23, б). Так как ток определяется на­пряжением на выводах генератора U и сопротивлением нагрузки r_н, т.е. , то при токах нагрузки I<I_кр, когда напряжение генератора уменьшается медленнее, чем убывает сопротивление нагрузки, происходит рост тока нагрузки. После того как I=I_кр, дальнейшее уменьшение r_н сопровождается уменьшением тока нагрузки, так как в этом случае напряжение U убывает быстрее, чем уменьшается сопротивление нагрузки r_н.

Рисунок 25

Таким образом, короткое замыкание, вызванное постепенным уменьшением сопротивления нагрузки, не опасно для генератора параллельного возбуждения. Но при внезапном к.з. магнитная система генератора не успевает размагнититься и ток I_к дости­гает опасных для машины значений I_к=(8¸12)I_ном (кривая 2). При таком резком возрастании тока нагрузки на валу генератора возникает значительный тормозящий момент, а на коллекторе появляется сильное искрение, переходящее в круго­вой огонь. Поэтому необходимо защищать генератор от

пере­грузки и к.з. посредством плавких предохранителей или же при­менением релейной защиты. Генераторы параллельного возбуждения широко применяют в установках постоянного тока, так как отсутствие возбудителя выгодно отличает эти генераторы от генераторов независимого возбуждения. Номинальное изменение напряжения генерато­а параллельного возбуждения составляет 10-30%.

 

Генератор смешанного возбуждения (рисунок 26, а)имеет параллельную и последовательную обмотки возбуждения. Поток возбуждения создается в основном параллельной обмоткой. Последовательная обмотка обычно включается согласно с параллельной (чтобы МДС обмоток складывались), что обес­печивает получение жесткой внешней характеристики генератора.

 

 

Рисунок 26 – схема включения генератора смешанного возбуждения (а) и его внешние характеристики (б)

 

В режиме х. х. генератор имеет только параллельное воз­буждение, так как имеет только параллельное возбуждение, так как I = 0. С по­явлением нагрузки возникает МДС последовательной обмот­а возбуждения, которая, подмагничивая машину, компенси­рует размагничивающее дейст­вие реакции якоря и падение напряжения в якоре.

Внешняя характеристика в этом случае становится наибо­лее жесткой (рисунок 26, б, кри­аяя 2), т.е. напряжение на за­жимах генератора при увеличе­нии тока остается почти неиз­менным. Если же требуется, чтобы напряжение на зажимах потребителя (в конце линии) оста­валось практически неизменным, то число витков последователь­ной обмотки увеличивают так, чтобы МДС этой обмотки компенси­ровала еще и падение напряжения в проводах линии (кривая 1).

При встречном включении обмоток возбуждения на­пряжение генератора с ростом тока нагрузки резко уменьшается (кривая 3), что объясняется размагничивающим действием последовательной обмотки возбуждения, МДС которой направ­лена против МДС параллельной обмотки. Встречное включение обмоток применяют лишь в генераторах специального назначения, например в сварочных, где необходимо получить круто падающую внешнюю характеристику.

Генераторы смешанного возбуждения с согласным включением обмоток возбуждения применяют для питания силовой нагрузки в случаях, когда требуется постоянство напряжения в линии.

 

 

Тема: Устройство и принцип действия двигателя последовательного

возбуждения

 

В этом двигателе обмотка возбуждения включена последовательно в цепь якоря (рисунок 27,а), поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки. При небольших нагрузках магнитная система машины не насыщена и зависимость магнитного потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т. е. Ф=k_фI_а.

Таким образом, вращающий момент двигателя при ненасыщенном состоянии магнитной системы пропорционален квадрату тока, а частота вращения обратно пропорциональна току нагрузки. На рисунке 27,б представлены рабочие характеристики М=f(I) и n=f(I) двигателя последовательного возбуждения. При больших нагрузках наступает насыщение магнитной системы двигателя. В этом случае магнитный поток при возрастании нагрузки практически не изменяется и характеристики двигателя приобретают почти прямолинейный характер. Характеристика частоты вращения двигателя последовательного возбуждения показывает, что частота вращения двигателя значительно меняется при изменениях нагрузки. Такую характеристику принято называть мягкой.

 

 

 

Рисунок 27

 

При уменьшении нагрузки двигателя последовательного возбуждения частота вращения резко увеличивается и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для двигателя значений «разнос». Поэтому работа двигателя последовательного возбуждения или его пуск при нагрузке на валу меньше 25% от номинальной не допустима.

Для более надежной работы вал двигателя последовательного возбуждения должен быть жестко соединен с рабочим механизмом посредством муфты и зубчатой передачи. Применение ременной передачи недопустимо, т. к. при обрыве или сбросе ремня может произойти разнос двигателя.

Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения представлены на рисунке 27,в. Резко падающие кривые механических характеристик (естественная 1 и искусственная 2) обеспечивают двигателю последовательного возбуждения устойчивую работу при любой механической нагрузке. Свойства этих двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока нагрузки, имеет важное значение, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, т.к. с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент. Эта особенность двигателей последовательного возбуждения является одной из причин их широкого применения в качестве тяговых двигателей на транспорте, а также в качестве крановых двигателей в подъемных установках, т.е. во всех случаях электропривода с тяжелыми условиями пуска и сочетания значительных нагрузок на вал двигателя с малой частотой вращения.

 

Тема: Пуск двигателя в работу, рабочие характеристики, регулирование

частоты вращения

 

Ток якоря двигателя определяется формулой:

 

(11)

 

Если принять U и Sr неизменными, то ток I_а зависит от противо-ЭДС Е_а. Наибольшего значения ток I_а достигает при пуске двигателя в ход. В начальный момент пуска якорь двигателя неподвижен и в его обмотке не индуцируется ЭДС (Е_а=0). Поэтому при непосредственном подключении двигателя к сети в обмотке его якоря возникает пусковой ток:

 

(12)

 

Обычно сопротивление Sr невелико, поэтому значение пуско­вого тока достигает недопустимо больших значений, в 10—20 раз превышающих номинальный ток двигателя.

Такой большой пусковой ток весьма опасен для двигателя. Во-первых, он может вызвать в машине круговой огонь, а во-вторых, при таком токе в двигателе развивается чрезмерно боль­шой пусковой момент, который оказывает ударное действие на вращающиеся части двигателя и может механически их разру­шить. И наконец, этот ток вызывает резкое падение напряжения в сети, что неблагоприятно отражается на работе других потребителей, включенных в эту сеть. Поэтому пуск двигателя непосредственным подключением в сеть (безреостатный пуск) обычно применяют для двигателей мощностью не более 0,7-1,0 кВт. В этих двигателях благодаря повышенному сопротивлению об­мотки якоря и небольшим вращающимся массам значение пус­кового тока лишь в 3—5 раз превышает номинальный, что не представляет опасности для двигателя. Что же касается двига­телей большей мощности, то при их пуске для ограничения пускового тока используют пусковые реостаты (ПР), включаемые последовательно в цепь якоря (реостатный пуск).

Перед пуском двигателя необходимо рычаг Р реостата поста­вить на холостой контакт 0 (рисунок 28). Затем включают рубиль­ник, переводят рычаг на первый промежуточный контакт 1 и цепь якоря двигателя оказывается подключенной к сети через наибольшее сопротивление реостата.

Одновременно через рычаг Р и шину Ш к сети подключается обмотка возбуждения, ток в которой в течение всего периода пуска не зависит от положения рычага Р, так как сопротивление шины но сравнению с сопротивлением обмотки возбуждения пренебрежимо мало.

 

Рисунок 28

 

Пусковой ток якоря при полном сопротивлении пускового реостата:

 

(13)

С появлением тока в цепи якоря возникает пусковой момент, под действием которого начинается вращение якоря. По мере нарастания частоты вращения увеличивается противо-ЭДС, что ведет к уменьшению пускового тока и пускового момента.

По мере разгона якоря двигателя рычаг пускового реостата переключают в положения 2, 3 и т.д. В положении 5 рычага ре­остата пуск двигателя заканчивается. Сопротивление пускового реостата выбирают обычно таким, чтобы наибольший пусковой ток превышал номинальный не более чем в 2-3 раза.

Так как вращающий момент двигателя прямопропорцио­нален потоку Ф, то для облегчения пуска двига­теля параллельного и смешанного возбуждения сопротивление реостата в цепи возбуждения следует полностью вывести. Поток возбуждения Ф в этом случае получает наиболь­шее значение и двигатель развивает необходимый вращающий момент при меньшем токе якоря.

Для пуска двигателей большей мощности применять пусковые реостаты нецелесообразно, так как это вызвало бы значительные потери энергии. Кроме того, пусковые реостаты были бы гро­моздкими. Поэтому в двигателях большой мощности применяют безреостатный пуск двигателя путем понижения напряжения. Примерами этого являются пуск тяговых двигателей электро­воза переключением их с последовательного соединения при пуске на параллельное при нормальной работе или пуск двигателя в схеме «генератор—двигатель».

Частоту вращения двигателей последовательного возбужде­ния можно регулировать изменением либо напряжения U, либо магнитного потока обмотки возбуждения. В первом случае в цепь якоря последовательно включают регулировочный реостат R_рг(рисунок 29,а). С увеличением сопротивления этого реостата уменьшаются напряжение на входе двигателя и частота его вращения. Этот метод регулирования применяют главным образом в двигателях небольшой мощности. В случае значительной мощ­ности двигателя этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в R_рг. Кроме того, реостат R_рг, рассчитываемый на рабо­чий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим.

 

 

Рисунок 29

 

При совместной работе нескольких однотипных двигателей частоту вращения регулируют изменением схемы их включения относительно друг друга (рисунок 29,б). Так, при параллельном включении двигателей каждый из них оказывается под полным напряжением сети, а при последовательном включении двух дви­гателей на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. При одновременной работе большего числа двигателей воз­можно большее количество вариантов включения. Этот способ регулирования частоты вращения применяют в электровозах, где установлено несколько одинаковых тяговых двигателей.

Изменение подводимого к двигателю напряжения возможно также при питании двигателя от источника постоянного тока с регулируемым напряжением. При уменьшении подводимого к двигателю напря­жения его механические характеристики смещаются вниз, прак­тически не меняя своей кривизны (рисунок 30).

 

Рисунок 30

 

Регулировать частоту вращения двигателя изменением маг­нитного потока можно тремя способами: шунтированием обмотки возбуждения реостатом R_рг, секционированием обмотки возбужде­ния и шунтированием обмотки якоря реостатом R_ш. Включение реостата R_рг, шунтирующего обмотку возбуждения (рисунок 29,в), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведет к сни­жению тока возбуждения, а следовательно, к рос­ту частоты вращения. Этот способ экономичнее предыдущего (см. рисунок 29,а), применяется чаще и оценивается коэффициен­том регулирования. Обычно сопротивление реостата R_рг принимается таким, чтобы R_рг >50 %.

При секционировании об­мотки возбуждения (рисунок 29,г) отключение части витков об­мотки сопровождается ростом частоты вращения. При шунти­ровании обмотки якоря реоста­том R_ш (см. рисунок 29,в) увели­чивается ток возбуждения, что вызывает умень­шение частоты вращения. Этот способ регулирования, хотя и обеспечивает глубокую регули­ровку, неэкономичен и применяется очень редко.

 

 

Тема: Устройство и принцип действия трансформатора

 

Современный трансформатор состоит из различных конструк­тивных элементов: магнитопровода, обмоток, вводов, бака и др. Магнитопровод с насаженными на его стержни обмотками со­ставляет активную часть трансформатора. Остальные элементы трансформатора называют неактивными (вспомогательными) частями. Рассмотрим подробнее конструкцию основных частей трансформатора.

Магнитопровод в трансформаторе выполняет две функции: во-первых, он составляет магнитную цепь, по кото­рой замыкается основной магнитный поток трансформатора, а во-вторых, он является основой для установки и крепления обмоток, отводов, переключателей. Магнитопровод имеет шихтован­ную конструкцию, т. е. он состоит из тонких (обычно толщиной 0,5 мм) стальных пластин, покрытых с двух сторон изолирующей пленкой (например, лаком). Такая конструкция магнитопровода обусловлена стремлением ослабить вихревые токи, наводимые в нем переменным магнитным потоком, а следовательно, умень­шить величину потерь энергии в трансформаторе. Силовые трансформаторы выполняются с магнитопроводами трех типов: стержневого, броневого и бронестержневого.

В магнитопроводе стержневого типа (рисунок 31,а) вертикальные стержни 1, на которых расположены обмотки 2, сверху и снизу замкнуты ярмами 3. На каждом стержне распо­ложены обмотки соответствующей фазы и проходит магнитный поток этой фазы: в крайних стержнях — потоки Ф_а и Ф_с, а в сред­нем стержне — поток Ф_в.

 

 

Рисунок 31

 

На рисунке 31, б показан внешний вид магнитопро­вода. При этом стержни имеют ступенчатое сече­ние, вписываемое в круг диаметром d (рисунок 32). Стержни трансформато­ров большой мощности имеют много ступеней, что обеспечивает лучшее использование площади круга внутри обмотки. Для лучшей теплоотдачи иногда между отдельными пакетами стержня оставляют воздушные зазоры шириной 5— 6 мм, служащие вентиляционными каналами.

 

 

 

 

Рисунок 32

 

Магнитопровод броневого типа представляет собой разветвленную конструкцию со стержнем и ярмами, частично прикрывающими («бронирующими») обмотки (рисунок 33). Магнит­ный поток в стержне магнитопровода броневого типа в два раза больше, чем в ярмах, каждое из которых имеет сечение, вдвое меньшее сечения стержня. Из-за технологической сложности изготовления магнитопроводы броневого типа не получили широ­кого распространения, их применяют лишь в силовых трансфор­маторах весьма малой мощности (радиотрансформаторы).

 

 

Рисунок 33

 

В трансформаторах большой мощности применяют бронестержневую кон­струкцию магнито­провода (рисунок 34), ко­торая хотя и требует несколько повышенного расхода электротехни­ческой стали, но позво­ляет уменьшить высоту магнитопровода (Н_бс< Нс), а следователь­но, и высоту трансформатора. Это имеет важное значение при транспортировке трансформаторов по железной дороге.

 

Рисунок 3 4

 

По способу сочленения стержней с ярмами различают стыко­вую и шихтованную конструкции стержневого магнитопровода (рисунок 35).

При стыковой конструкции (рисунок 35, а) стержни и ярма собирают раздельно, насаживают обмотки на стержни, а затем приставляют верхнее и нижнее ярма, заранее проложив изолирующие прокладки между стыкующими элементами, с целью ослабления вихревых токов, возникающих при взаимном пере­крытии листов стержней и ярм. После установки двух ярм всю конструкцию прессуют и стягивают вертикальными шпильками. Стыковая конструкция хотя и облегчает сборку магнитопровода, но не получила распространения в силовых трансформаторах из-за громоздкости стяжных устройств и необходимости механической обработки стыкующихся поверхностей для уменьшения магнитного сопротивления в месте стыка.

 

 

Рисунок 35

 

Шихтованная конструкция магнитопроводов си­ловых трансформаторов показана на рисунке 35, б, когда стержни и ярма собирают слоями в переплет. Обычно слой содержит 2-3 листа. В настоящее время магнитопроводы силовых транс­форматоров изготовляют из холоднокатаной электротехнической стали, у которой магнитные свой­ства вдоль направления прокат­ки листов лучше, чем поперек. Поэтому при шихтованной кон­струкции в местах поворота лис­тов на 90° появляются «зоны не­совпадения» направления прокат­ки с направлением магнитного потока. На этих участках наблю­даются увеличение магнитного сопротивления и рост магнитных потерь. С целью ослабления это­го явления применяют для ших­товки пластины (полосы) со ско­шенными краями. В этом случае вместо прямого стыка (рисунок 36, а) получают косой стык (рисунок 36, б), у которого «зона несовпадения» гораздо меньше.

 

 

Рисунок 36 Рисунок 37

 

Недостатком магнитопроводов шихтованной конструкции яв­ляется некоторая сложность сборки, так как для насадки обмо­ток на стержни приходится расшихтовывать верхнее ярмо, а затем после насадки обмоток вновь его зашихтовывать.

Стержни магнитопроводов во избежание распушения спрес­совывают (скрепляют). Делают это обычно наложением на стержень бандажа из стеклоленты или стальной проволоки Стальной бандаж выполняют с изолирующей пряжкой, что исключает создание замкнутых стальных витков на стержнях. Бандаж накладывают равномерно, с определенным натягом. Для опрессовки ярм 3 и мест их сочленения со стержнями 1 используют ярмовые балки 2, которые в местах, выходящих за крайние стержни (рисунок 37), стягивают шпильками.

Во избежание возникновения разности потенциалов между металлическими частями во время работы трансформатора, что может вызвать пробой изоляционных промежутков, разделяю­щих эти части, магнитопровод и детали его крепления обяза­тельно заземляют. Заземление осуществляют медными лентами, вставляемыми между стальными пластинами магнитопровода одними концами и прикрепляемыми к ярмовым балкам другими концами,

Магнитопроводы трансформаторов малой мощности (обычно мощностью не более 1 кВА) чаще всего изготовляют из узкой ленты электротехнической холоднокатаной стали путем навивки. Такие магнитопроводы делают разрезными (рисунок 38), а после насадки обмоток собирают встык и стягивают специальными хомутами.

 

 

Рисунок 38 Рисунок 39

 

Обмотки трансформаторов средней и большой мощ­ности выполняют из обмоточных проводов круглого или прямо­угольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. Основой обмотки в большинстве случаев является бумажно-бакелитовый цилиндр, на котором крепятся элементы (рейки, угловым шайбы и т.п.), обеспечивающие об­мотке механическую и электрическую прочность.

По взаимному расположению на стержне обмотки разделяют на концентрическ