ответы на вопросы Эл-мех.


1.Классификация эл. контактов.
1, Неподвижные. Обеспечивают постоянное электрическое соединение токоведущих частей.
1,Неразъёмные: сварные или паяные соединения.
Применение: сварные соединения для соединения проводов воздушных линий и жил кабелей; паяные соединения при монтаже многих видов электрорадиоэлементов в электрических аппаратах и приборах.
2,Разъёмные: зажимные (болтовые, винтовые) и штепсельные соединения.
Медь Cu, алюминий Al.
Применение: зажимные в аппаратуре токораспределения низкого и высокого напряжения (шины токораспределительных щитов, пультов управления и т. п.); штепсельные соединяют электрические цепи отдельных узлов в аппаратуре.
2,Разрывные. Обеспечивают периодическое замыкание и размыкание электрической цепи, в которую они включены.
Серебро Ag, медь Cu, алюминий Al, вольфрам W, металлокерамические материалов.
Применение: контактные группы электромагнитных реле, различные коммутационные устройства.
3,Скользящие. Обеспечивают электрическую связь подвижных электрических соединений.
Сочетание контактов металлического (медь, алюминий, вольфрам) и графитсодержащего материала.
Применение: обмотка и ползунок реостата, коллекторные пластины и щётки электрических машин, контактный провод и токосъёмник электротранспорта.
2.Рабочие характеристики двигателей постоянного тока
Рабочие характеристики двигателей параллельного возбуждения выражают зависимости частоты (скорости) вращения n, вращающего момента М и коэффициента полезного действия h от тока якоря Iя, изменяющегося вместе с изменением нагрузки на валу (или зависимости тех же величин от полезной мощности на валу двигателя P2) при постоянном напряжении сети U и неизменном токе возбуждения Iв , т.е.

Рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения изображены на рис. 16.2. Они снимаются путем изменения момента нагрузки на валу двигателя, а соответственно изменения тока якоря Iя.
Рисунок 16.2 - Рабочие характеристики ДПТ параллельного возбуждения. Момент, развиваемый двигателем, согласно выражению (16.1) равен:  . При U = const и Iв = const магнитный поток двигателя параллельного возбуждения Ф при изменении нагрузки в пределах номинальной практически остается постоянным, поэтому моментная характеристика такого двигателя графически иллюстрируется прямой линией. При значительном увеличении тока (при больших нагрузках на валу двигателя) происходит некоторое отклонение характеристики M = f(Iя) от прямолинейной зависимости в сторону оси абсцисс, так как с увеличением тока в якоре все сильнее проявляется размагничивающее действие реакции якоря, уменьшающее основной магнитный поток машины Ф.
В соответствии с выражением для n (16.6) при U = const и Iв = const, при пренебрежении размагничивающим действием реакции якоря зависимость n = f (Iя) имеет линейный падающий характер. С увеличением нагрузки на валу двигателя растут: ток в его обмотке якоря, IяRя и размагничивающее действие реакции якоря, уменьшающее основной магнитный поток машины Ф. Обычно влияние падения напряжения преобладает над размагничивающим действием реакции якоря, и поэтому зависимость n = f (Iя) представляет падающую характеристику, имеющую сравнительно небольшой наклон к оси абсцисс. Частота вращения при изменении нагрузки в рабочем диапазоне у таких двигателей параллельного возбуждения изменяется всего на 3-10%, поэтому характеристика n = f (Iя) называется "жесткой".
Коэффициент полезного действия h равен отношению полезной мощности P2 , развиваемой двигателем на валу, к полной мощности, потребляемой им из сети P1. Для двигателя параллельного возбуждения он равен:
, (16.10)
где М2 - полезный вращающий момент на валу двигателя, кГ×м.
При небольших нагрузках, когда потери в меди (переменные потери) малы, КПД с увеличением тока якоря Iя быстро возрастает, но затем по мере дальнейшего увеличения нагрузки потери в меди увеличиваются и, когда они становятся равными потерям холостого хода (потерям в стали и механическим потерям), КПД достигает максимума (особенно при токе.Iя = (0,75…1,0)Iян.) При дальнейшем увеличении нагрузки, когда переменные потери начинают превалировать над потерями постоянными, КПД двигателя уменьшается.
Для двигателей малой мощности КПД находится в пределах h = 0,75…0,85, а у средних и крупных двигателей он достигает величины порядка h = 0,85…0,94.
Механические характеристики двигателей постоянного токаЗависимость частоты вращения двигателя от момента на его валу при постоянном напряжении на зажимах и неизменном токе в обмотке возбуждения называются механическими характеристиками, т.е. n = f(M) при U=const и Iв = const. Характер этих зависимостей вытекает из выражения:

При постоянном магнитном потоке Ф семейство механических характеристик (рис. 16.3) проходит через одну точку nо - скорость вращения идеального холостого хода и отличается от характеристик n = f(Iя) только масштабом по оси абсцисс.
При включении добавочного сопротивления в цепь якоря Rря эти характеристики проходят более круто, и частота вращения при том же тормозном моменте Мтна валу уменьшается (см.рис.16.3). Механическая характеристика, определенная без добавочных сопротивлений в цепи якоря (Rря = 0) и регулировочных сопротивлений в цепи возбуждения, называется основной механической характеристикой.
3.Классификация электрических машин
Классификация по назначению. Электрические машины по назначению подразделяют на следующие виды:
электромашинные генераторы*, преобразующие механическую энергию в электрическую. Их устанавливают на электрических станциях и различных транспортных установках: автомобилях, самолетах, тепловозах, кораблях, передвижных электростанциях и др. На электростанциях они приводятся во вращение с помощью мощных паровых и гидравлических турбин, а на транспортных установках - от двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. В ряде случаев генераторы используют в качестве источников питания в установках связи, устройствах автоматики, измерительной техники и пр.;
электрические двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую; они приводят во вращение различные машины, механизмы и устройства, применяемые в промышленности, сельском хозяйстве, связи, на транспорте, в военном деле и быту. В современных системах автоматического управления их используют в качестве исполнительных, регулирующих и программирующих органов;
электромашинные преобразователи, преобразующие переменный ток в постоянный и, наоборот, изменяющие величину напряжения переменного и постоянного тока, частоту, число фаз и др. Их широко используют в промышленности, на транспорте и в военном деле, хотя в последнее десятилетие роль электромашинных преобразователей существенно уменьшилась вследствие применения статических полупроводниковых преобразователей;электромашинные компенсаторы, осуществляющие генерирование реактивной мощности в электрических установках для улучшения энергетических показателей источников и приемников электрической энергии;
электромашинные усилители, используемые для управления объектами относительно большой мощности посредством электрических сигналов малой мощности, подаваемых на их обмотки возбуждения (управления). Роль электромашинных усилителей в последнее время также уменьшилась из-за широкого применения усилителей, выполненных на полупроводниковых элементах (транзисторах, тиристорах);
электромеханические преобразователи сигналов, генерирующие, преобразующие и усиливающие различные сигналы. Их выполняют обычно в виде электрических микромашин и широко используют в системах автоматического регулирования, измерительных и счетно-решающих устройствах в качестве различных датчиков, дифференцирующих и интегрирующих элементов, сравнивающих и регулирующих органов и др.
Классификация по роду тока и принципу действия. Электрические машины по роду тока делят на машины переменного и постоянного тока. Машины переменного тока в зависимости от принципа действия и особенностей электромагнитной системы подразделяют на трансформаторы, асинхронные, синхронные и коллекторные машины.
Трансформаторы широко применяют для преобразования напряжения: в системах передачи и распределения электрической энергии, в выпрямительных установках, устройствах связи, автоматики и вычислительной техники, а также при электрических измерениях (измерительные трансформаторы) и функциональных преобразованиях (вращающиеся трансформаторы).
Асинхронные машины используют главным образом в качестве электрических двигателей трехфазного тока. Простота устройства и высокая надежность позволяют применять их в различных отраслях техники для привода станков, грузоподъемных и землеройных машин, компрессоров, вентиляторов и пр. В системах автоматического регулирования широко используют одно- и двухфазные управляемые асинхронные двигатели, асинхронные тахогенераторы, а также сельсины.
Синхронные машины применяют в качестве генераторов переменного тока промышленной частоты на электрических станциях и генераторов повышенной частоты в автономных источниках питания (на кораблях, самолетах и т. п.). В электрических приводах большой мощности применяют также синхронные электродвигатели. В устройствах автоматики широко используют различные синхронные машины малой мощности (реактивные, с постоянными магнитами, гистерезисные, шаговые, индукторные и пр.).
Коллекторные машины переменного тока используют сравнительно редко и главным образом в качестве электродвигателей. Они имеют сложную конструкцию и требуют тщательного ухода. В устройствах автоматики, а также в различного рода электробытовых приборах применяют универсальные коллекторные двигатели, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.
Машины постоянного тока применяют в качестве генераторов и электродвигателей в устройствах электропривода, требующих регулирования частоты вращения в широких пределах: железнодорожный и морской транспорт, прокатные станы, электротрансмиссии большегрузных автомобилей, грузоподъемные и землеройные машины, сложные металлообрабатывающие станки и пр., а также в тех случаях, когда источниками электрической энергии для питания электродвигателей служат аккумуляторные батареи (стартерные двигатели, двигатели  подводных  лодок,  космических   кораблей  и  т. п.).
Классификация по мощности. Электрические машины по мощности условно подразделяют на микромашины, машины малой, средней и большой мощности.
Микромашины имеют мощность от долей ватта до 500 Вт. Эти машины работают как на постоянном, так и на переменном токе нормальной и повышенной (400 - 2000 Гц) частоты.
Машины малой мощности - от 0,5 до 10 кВт. Они работают как на постоянном, так и на переменном токе нормальной или повышенной частоты.
Машины средней мощности - от 10 кВт до нескольких сотен киловатт *.
Машины большой мощности - свыше нескольких сотен киловатт. Машины большой и средней мощности обычно предназначают для работы на постоянном или переменном токе нормальной частоты**.
Классификация по частоте вращения. Электрические машины по частоте вращения условно подразделяют на: тихоходные - с частотами вращения до 300 об/мин; средней быстроходности - 300-1500 об/мин; быстроходные - 1500 - 6000 об/мин; сверхбыстроходные - свыше 6000 об/мин. Микромашины выполняют для частот вращения от нескольких оборотов в минуту до 60000 об/мин; машины большой и средней мощности - обычно до 3000 об/мин.Обратимость электрических машин вызвана одинаковым устройством преобразователей электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот, и т. п. Приоритетная функция электрической машины определяет её конструктивные особенности, вследствие которых обратимость становится неравномерной. Так, электрогенератор будет иметь несколько больший КПД, чем используемый в качестве генератора соответствующий по размерам электродвигатель, электродинамический микрофон будет выдавать более качественный звуковой сигнал, чем равная по размерам динамическая головка. 4.Уравнение мощностей и моментов.
Уравнение (4.50) называется уравнением ЭДС двигателя.
Для уменьшения пускового тока в цепь обмотки якоря включают добавочное сопротивление – пусковой реостат Rп и тогда
 (4.51)При пуске желательно создавать в двигателе наибольший пусковой момент  .С этой целью обмотка возбуждения включается на полное напряжение сети, чтобы ток I в ней и Ф были максимальны.
При пуске Rп полностью введен; когда n=n1, часть реостата выводится и т. д. (рис. 4.30, б).
Однако такой пуск не целесообразен, энергетически не выгоден, да и вся пусковая аппаратура громоздкая. Такой пуск можно выполнить для небольшого двигателя. Лучше осуществлять пуск при пониженном напряжении, при дальнейшем увеличении U до Uном .Умножив уравнение (4.50) на ток якоря Iа, получим уравнение мощностей электродвигателя
(4.52) где:  -мощность, потребляемая двигателем из сети;
- полная механическая мощность двигателя;- мощность потерь в цепи якоря.
Так как  , где M – полный момент на валу двигателя,
- угловая частота, то(4.53)
(4.54)
;  ;  ; 
(4.55) Тогда(4.56)
для конкретной машины.(4.57)
В установившемся режиме вращающий момент двигателя равен статическому моменту:
(4.58) Для неустановившегося режима работы (  ) появляется динамический момент 
где J-момент инерции всех вращающихся частей;- угловое ускорение. Знак момента зависит от знака ускорения .При увеличении частоты n динамический момент положительный (  ), и складываясь со статическим моментом Мст, он увеличивает тормозной момент на валу двигателя. При уменьшении частоты n динамический момент отрицательный (  ), поэтому общий тормозной момент уменьшается. Тогда уравнение моментов двигателя постоянного тока

5.Неавтоматическая пускорегулирующая аппаратура (рубильник, пакетный выключатель, предохранитель).
К пускорегулирующим устройствам и аппаратам управления относятся: рубильники, пакетные выключатели, магнитные пускатели, пускорегулирующие сопротивления, силовые контроллеры, магнитные контроллеры, командоконтроллеры, контакторы, электромагнитные реле времени и др., а к аппаратам защиты— автоматические выключатели, реле максимального тока, тепловое реле, плавкие предохранители, защитные панели и др. Для чего служат рубильники? Рубильники служат для замыкания и размыкания электрических цепей постоянного и переменного тока напряжением не свыше 500 В. Какие бывают рубильники?
По количеству подвижных и неподвижных контактов рубильники бывают двух- и трехполюсные, а по расположению рукоятки, служащей для выключения и включения рубильника,—с центральной рукояткой, с боковой рукояткой, с центральным рычажным приводом и с боковым рычажным приводом. По расположению зажимов для присоединения проводов рубильники бывают с задним и с передним присоединением. Из каких частей состоит рубильник?
Рубильник состоит из панели, неподвижных контактов (губок), подвижных контактов (ножей) и привода (рукоятки или системы рычагов). Рубильник устанавливают в защитном металлическом корпусе.
Пакетные выключатели типа ПВ-1-10, ПВ-3-10, ПП-2-10/НЗ и др. Для чего служат пакетные выключатели?
Пакетные выключатели служат для включения и выключения силовых и осветительных электрических цепей небольшой мощности и напряжением не более 380 В. Из каких частей состоит пакетный выключатель?
Пакетный выключатель состоит из контактной системы и переключающего механизма.
Контактная система набирается из отдельных секций. Каждая секция состоит из изолятора, в пазах которого находятся неподвижные контакты с винтами для подключения проводов сети, и пружинящих подвижных контактов с фибровыми искрогасительными шайбами.
Отдельные секции собираются на скобах со стяжными болтами. Механизм переключения состоит из пружины, валика с рукояткой и пружинной шайбы. Крышка имеет по четыре фиксирующих выступа, расположенных один к другому под углом 90°, что определяет число коммутационных положений, равное четырем. Это позволяет вращать рукоятку и всю подвижную систему аппарата в обе стороны с частотой переключений не более 300 в час.
Пускатели магнитные серии ПМЕ-200
Для чего предназначены магнитные пускатели серии ПМЕ-200?
Магнитные пускатели серии ПМЕ-200 предназначены для дистанционного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором напряжением 500 В с рабочими токами, не превышающими номинальный рабочий ток главных контактов пускателя.
Пускатели серии ПМЕ-200 со встроенными тепловыми реле также защищают электродвигатели от перегрузок недопустимой продолжительности.
Что означают буквы и цифры ПМЕ-200?
П — пускатель, М — магнитный, Е — единой общесоюзной конструкции. Цифра 2 указывает, что пускатель магнитный второй величины.
Для чего служат плавкие предохранители?
Плавкие предохранители сЛужат для защиты электрических сетей и электрооборудования крана от больших токов перегрузки и токов короткого замыкания. Принцип их действия основан на расплавлении плавких вставок при резком возрастании силы тока в цепи.
При прохождении по проводам электрического тока в них выделяется тепло и провода нагреваются. При большой перегрузке провода могут нагреваться столь значительно, что покрывающая их изоляция может воспламениться.Во избежание подобных случаев в электропроводку включают предохранители с плавящимся проводником (с плавкой вставкой). Плавкие вставки предохранителей изготовляются из свинца, его сплавов, цинка, алюминия, меди и серебра. Плавкие вставки рассчитываются таким образом, чтобы они плавились прежде, чем температура самих проводов достигнет величины, опасной для их изоляции.
Категорически запрещается взамен калиброванных плавких вставок ставить в предохранитель скрутки из медных или других проводов.
Почему запрещается взамен калиброванных плавких вставок ставить в предохранители скрутки из медных или других проводов?
Потому что медная или другая скрутка не расплавится при коротком замыкании или перегрузке, и такой предохранитель может стать причиной пожара или выхода из строя электрооборудования.
Какие предохранители выпускает промышленность?
Промышленность выпускает следующие предохранители: предохранители с закрытыми разборными патронами без наполнителя серии ПР-2 без защелкивающих механизмов ГОСТ 3041—45 на номинальное напряжение до 220 В (габарит I) и до 500 В (габарит II) на номинальный ток патрона 15, 60, 100, 200, 350, 600 и 1000 А. В комплект предохранителя входят: патрон, две контактные стойки для переднего и заднего присоединения проводов и одна или две плавкие вставки (в зависимости от величины тока).
Предохранители НПН-20-60 выпускаются на номинальный ток б, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 и 60 А, резьбовые предохранители серии ПРС типа ПРС-6 — на 6 А, ПРС-20 — на 20 А, предохранители однополюсные резьбовые ГОСТ 1138—63 типа Ц27ПК-2 —на 6,10, 15 и 20 А.
6.Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
Из уравнения электрического равновесия двигателя постоянного тока с регулировочным реостатом в цепи якоря
U = E + (R Я + R*) IЯ
и формул ЭДС Е = сЕ Ф n и вращающего момента М = cM Ф IЯ можно получить формулу частоты вращения ДПТ с параллельным возбуждением:
n = (U / сЕ Ф ) – (RЯ + R*) М / сЕ cM Ф 2 ,
- здесь U / сЕ Ф = nо - частота вращения идеального холостого хода при работе двигателя без потерь М = 0,
Ф - магнитный поток машины (без учёта реакции якоря Ф = ФВ).
Из полученной формулы следует, что частоту вращения ДПТ можно регулировать следующими способами:
1. Изменением магнитного потока возбуждения - полюсный способ.
2. Изменением подаваемого на якорь напряжения - якорный способ.
3. Изменением сопротивления реостата в цепи якоря - реостатный способ.
Полюсный способ
Полюсный способ регулирования частоты вращения двигателя осуществляется изменением магнитного потока возбуждения Ф = var с помощью изменения сопротивления регулировочного реостата в цепи возбуждения RРР = var .
В номинальном режиме регулировочный реостат с целью снижения тепловых потерь полностью выведен (положение 1, RРР = 0). При регулировании реостат RРР частично (положение 2) или полностью (положение 3) вводится и его сопротивление возрастает RРР á. В результате возрастает сопротивление цепи возбуждения (RРР á + RОВ), что вызывает снижение тока возбуждения IB â и уменьшение магнитного потока двигателя Ф â. Снижение магнитного потока приводит в свою очередь к увеличению частоты вращения идеального холостого хода nоá и рабочей частоты вращения якоря n á > n ном:
n = (U / сЕ Ф) – RЯ М / сЕ cM Ф 2 .
Преимущества:
1. Простота;
2. Плавность регулирования частоты вращения двигателя;
3. Способ экономичен вследствие малых тепловых потерь в реостате (RРР IВ2 );
4. Большой диапазон регулирования вверх от номинала D = n / n ном = 2 : 1 и даже 5 : 1 – для специальных конструкций двигателей.
Недостатки – способ не позволяет регулировать частоту вращения вниз от номинала.
ЯКОРНЫЙ СПОСОБ
Якорный способ регулирования частоты вращения двигателя осуществляется изменением напряжения, подаваемого на якорь U = var, при независимом питании обмотки возбуждения. Для питания обмотки якоря двигателя обычно используется тиристорный регулируемый источник напряжения, с помощью которого можно плавно понижать напряжение на якоре Uâ < U ном , что приводит в свою очередь к снижению частоты вращения идеального холостого хода nоâ и рабочей частоты вращения якоря n â < n ном:
n = (U / сЕ Ф) – RЯ М / сЕ cM Ф 2 .
Преимущества:
1. Плавность регулирования частоты вращения двигателя;
2. Высокая экономичность;
3. Большой диапазон регулирования вниз от номинала D = n / n ном = 1 : 10;
Недостатки – способ дорог.
NB. Якорный способ регулирования в сочетании с полюсным регулированием реостатом в цепи возбуждения позволяет в широком диапазоне плавно регулировать частоту вращения двигателя как вниз, так и вверх от номинала.
РЕОСТАТНЫЙ СПОСОБ
Реостатный способ регулирования частоты вращения двигателя осуществляется изменением сопротивления регулировочного реостата в цепи якоря R* = var.
В номинальном режиме регулировочный реостат в цепи якоря с целью снижения тепловых потерь полностью выведен (положение 1, R* = 0). При регулировании реостат частично (положение 2) или полностью (положение 3) вводится и его сопротивление возрастает R* á. В результате увеличивается сопротивление цепи якоря (R* á + RЯ), что при сохранении частоты вращения идеального холостого хода nо= const приводит к снижению частоты вращения якоря n â < n ном :n = (U / сЕ Ф ) – (RЯ + R*) М / сЕ cM Ф 2
Преимущества:
1. Простота;
2. Плавность регулирования частоты вращения двигателя;
3. Большой диапазон вниз от номинала D = n / n ном = 1 : 2
Недостатки:
1. Способ неэкономичен вследствие больших тепловых потерь в реостате (R* IЯ2 );
2. Снижается жёсткость механической характеристики, что снижает стабильность работы двигателя |dn/dM| á.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Работа электропривода большинства производственных механизмов состоит из трех этапов: пуск в ход, технологическая операция и останов. После отключения двигателя от сети его останов (торможение) происходит под действием сил трения, при этом кинетическая энергия движущихся частей выделяется в виде тепла в узлах трения механизма и двигателя. В тех случаях, когда запас кинетической энергии велик, а силы трения малы, время торможения может составить десятки секунд и даже несколько минут.
Сокращение времени торможения, особенно когда длительность технологической операции мала, может значительно повысить производительность рабочего механизма, так как в режиме торможении обычно полезной работы не совершается. Для сокращения времени торможения в большинстве случаев применяют механические тормоза, которые имеют ряд существенных недостатков - быстрый износ трущихся поверхностей, трудность регулирования силы трения, громоздкость тормозного механизма и др.
В настоящее время для торможения электропривода широко используются тормозные свойства самого приводного двигателя, что во многих случаях позволяет отказаться от механических тормозов. Механические тормоза необходимы как запасные или аварийные, если откажет электрическое торможение, а также для удержания механизма в неподвижном состоянии при неработающем двигателе.
Во всех тормозных режимах двигатель развивает электромагнитный момент, действующий против направления вращения ротора и потому называемый тормозным моментом. Под действием тормозного момента в одних случаях происходит быстрый останов, в других - поддержание частоты вращения заданной величины.
Для сокращения времени переходных процессов двигатель постоянного тока может использоваться в нескольких режимах электрического торможения.
ТОРМОЖЕНИЕ ПРОТИВОВКЛЮЧЕНИЕМ
Для торможения ДПТ способом противовключения используется схема реверсирования - обмотка возбуждения остаётся включённой в питающую сеть, а переключатель QF из положения 1-1 переводится в положение 2-2, в результате чего обмотка якоря отключается от сети и снова включается в сеть с изменённой полярностью.
При этом изменяется направление тока якоря и направление электромагнитного момента, который теперь действует против вращающегося по инерции якоря, т.е. является тормозящим моментом.
Преимущества - способ прост и эффективен, торможение практически мгновенное.
Недостатки:1). Опасность реверсирования двигателя.
2). Очень большой тормозной ток, практически в 2 раза превышающий пусковой, что вызывает серьёзные нарушения в работе питающей сети и самого двигателя (см. Прямой пуск ДПТ).
ДИНАМИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ
Для торможения ДПТ динамическим способом обмотка возбуждения остаётся включённой в питающую сеть, а переключатель QF из положения 1-1 переводится в положение 2-2, в результате чего обмотка якоря отключается от сети и замыкается накоротко или на тормозной резистор R т с целью снижения тока якоря.
Отключённый от сети U = 0 и замкнутый на резистор двигатель переходит в генераторный режим и вырабатывает электрическую энергию за счёт кинетической энергии вращающегося привода E = сЕ ФВ n .
При этом изменяется направление тока якоря IЯ = (U - E)/ RЯ и направление электромагнитного момента, который теперь действует против вращающегося по инерции якоря, т.е. является тормозящим моментом.
Преимущества - способ прост и эффективен.
Недостатки - большой тормозной ток при замыкании обмотки якоря накоротко (практически равный пусковому).
ГЕНЕРАТОРНОЕ (РЕКУПЕРАТИВНОЕ) ТОРМОЖЕНИЕ
Режим генераторного торможения возникает самопроизвольно при условии, когда частота вращения якоря n становится больше частоты вращения идеального холостого хода: n > nо.
Такой режим возникает, например, при опускании груза, когда под действием его веса частота вращения якоря увеличивается и становится больше синхронной. При этом двигатель переходит в генераторный режим, а кинетическая энергия привода превращается в электрическую энергию и поступает в питающую сеть.
Электромагнитный момент двигателя становится тормозящим, спуск груза притормаживается и тем самым ограничивается скорость опускания груза, хотя двигатель продолжает вращаться в том же направлении с повышенной частотой n > nо.
7.Автоматическая ПРА (эл.магн. реле, магн.пускатель, автоматический выключатель)
Контактор.Это электромагнитный аппарат с дистанционным управлением, предназначенный для частых включений и отключений силовой электрической цепи при нормальном режиме работы, а также для редких отключений при токах перегрузки в электроустановках напряжением до 1000 В.
Магнитные пускатели. Выключатели, работающие под действием электромагнита. Они предназначены для дистанционного управления трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором напряжением до 660 В и для их защиты от перегрузок, если есть тепловое реле, и автоматического отключения двигателя при снижении напряжения на 50-60% номинального. Управление пускателями осуществляется обычно кнопками.
Электромагнитные реле. Это аппараты, в которых при изменении управляющего (входного) сигнала происходит скачкообразное изменение управляемого (выходного) сигнала.
Реле времени.Это аппараты для создания выдержки времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов. При автоматизации технологических процессов может возникнуть необходимость производить операции в определенной временной последовательности.
Аппараты управления и защиты.
Автоматические выключатели (автоматы). Автоматы — это коммутационные двухпозиционные аппараты, предназначенные для замыкания (вручную) и автоматического или дистанционного размыкания электрических цепей, находящихся под нагрузкой. Эти аппараты осуществляют защиту электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий, а также позволяют производить нечастую коммутацию в сетях переменного и постоянного тока.
Тепловое реле.Протекание тока большей силы, чем номинальный, приводит к повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Для защиты от перегрузок наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.
8.Основное уравнение ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДПТ.
В результате взаимодействия Iя тока якоря в проводнике L обмотки якоря с внешним магнитным полем возникает электромагнитная сила создающая электромагнитный момент М который приводит якорь во вращение с частотой n.
Противо ЭДС двигателя EяПри вращении якоря пазовый проводник пресекает линии поля возбуждения с магнитной индукцией B и в соответствии с явлением электромагнитной индукции в проводнике наводится ЭДС Eя направленная навстречу Iя. Поэтому эта ЭДС называется противо ЭДС  и она прямо пропорциональна Ф магнитному потоку и частоте вращения n.
Eя = Се * Ф * n (1)
Ce — постоянный коэффициент определяемой конструкцией двигателя.
Применив второй закон Кирхгофа получаем уравнение напряжения двигателя.
U = Eя + Iя * ∑R (2)
где ∑R — суммарное сопротивления обмотки якоря включающая сопротивление :обмотки якоря
добавочных полюсов
обмотки возбуждения (для двигателей с последовательным возбуждением)
Ток якоря IяВыразим из формулы 2 ток якоря.
Частота вращения якоря. Из формул 1 и 2 выведем формулу для частоты вращения якоря.
Электромагнитная мощность двигателя Pэм = Ея Iя (5)
Электромагнитный момент

где: ω = 2*π*f — угловая скорость вращения якоря, Cм — постоянный коэффициент двигателя (включает в себя конструктивные особенности данного двигателя)
Момент на валу двигателя, т.е. полезный момент, где М0 момент холостого хода;
Р2 — полезная мощность двигателя

9. Устройство и принцип действия синхронной машины.
left000Устройство синхронных машин. Синхронные машины вне зависимости от режима работы состоят из двух основных частей: неподвижного статора, выполняющего функции якоря и ротора, вращающегося внутри статора и служащего индуктором (рис. 4.1).
Статор трехфазной синхронной машины аналогичен статору трехфазного асинхронного двигателя. Он состоит из корпуса /, цилиндрического сердечника 2, набранного из отдельных пластин электротехнической стали, и left000трехфазной обмотки 3, уложенной в пазы сердечника.
Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит постоянного тока, который создает магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. Ротор имеет обмотку возбуждения 4, которая через специальные контактные кольца 5 питается постоянным током от выпрямителя или от небольшого генератора постоянного тока, называемого возбудителем.
В отечественной энергетике также используются синхронные машины с «бесщеточным» возбуждением. Обмотка ротора таких машин питается от выпрямителя, вращающегося вместе с left000ротором. Выпрямитель в свою очередь получает питание от возбудителя, имеющего вращающуюся вместе с ротором трехфазную обмотку, возбуждаемую неподвижными постоянными магнитами.
Роторы синхронных машин бывают двух типов: с явно выраженными и неявно выраженными полюсами.
Роторы с явно выраженными полюсами (рис. 4.1) применяются в сравнительно тихоходных машинах (80 – 1000 об/мин), например гидрогенераторах; они имеют значительноечисло полюсов. Конструктивно роторы этого типа (рис. 4.2) состоят из вала 6, ступицы 7, полюсов 8, укрепляемых в шлицах ступицы, полюсных катушек 4 возбуждения, размещенных на полюсах. Поверхность полюсного наконечника полюсов имеет такой профиль, что магнитная индукция в воздушном зазоре машины распределяется примерно по синусоидальному закону. Для быстроходных машин (турбогенераторы, синхронные двигатели, турбокомпрессоры и т. п.) явнополюсная конструкция ротора неприменима из-за сравнительно большого диаметра ротора и возникающих в связи с этим недопустимо больших центробежных сил.
Большей механической прочностью обладает ротор с неявно выраженными полюсами. Он состоит (рис. 4.3) из сердечника 1 и обмотки возбуждения 2. Сердечник изготовляется из стальной поковки цилиндрической формы. На его внешней поверхности фрезеруются пазы, в которые закладывается обмотка возбуждения.
Обмотка возбуждения распределяется в пазах сердечника так, чтобы создаваемое ею магнитное поле было распределено в пространстве по закону, близкому к синусоидальному.
Принцип работы и ЭДС синхронного генератора. Работа синхронного генератора основана на явлении электромагнитной индукции. При холостом ходе обмотка якоря (статора) разомкнута, и магнитное поле машины образуется только обмоткой возбуждения ротора (рис. 4.4). При вращении ротора синхронного генератора от проводного двигателя ПД с постоянной частотой nо магнитное поле ротора, пересекая проводники фазных обмоток статора AX, BY, CZ (рис.4.4,а) наводит в них ЭДС  , где B – магнитная индукция в воздушном зазоре между статором и ротором;  l – активная длина проводника;   – линейная скорость пересечения проводников магнитным полем.Выше отмечалось,  что индукция В в воздушном зазоре распределена по синусоидальному закону , где - угол, отсчитываемый от нейтральной линии, поэтому ЭДС в одном проводнике .
Обозначив , получим , т.е. ЭДС в проводниках обмоток статора изменяется по синусоидальному закону. ЭДС отдельных проводников каждой обмотки статора сдвинуты по фазе относительно друг друга, поэтому они суммируются геометрически  (аналогично ЭДС статора асинхронного двигателя – см. п. 3.8.1). Действующее значение ЭДС одной фазы определяется выражением:

right000где   – обмоточный коэффициент;  – частота синусоидальных ЭДС; - число витков одной фазы обмотки статора; - число пар полюсов;  – максимальный магнитный поток полюса ротора;  – синхронная частота вращения.
Катушки отдельных фаз статора сдвинуты в пространстве на электрический угол, равный 1200, и их ЭДС образуют симметричную трёхфазную систему.
Изменяя ток возбуждения , можно регулировать магнитный поток ротора  и пропорциональную ему ЭДС  генератора. На рис. 4.5 представлена зависимость , снятая при номинальной частоте вращения . Эта зависимость называется характеристикой холостого хода. Форма характеристики напоминает форму кривой намагничивания ферромагнитного сердечника. Характерной особенностью её является отсутствие пропорциональности между магнитным потоком и током возбуждения , что обусловлено явлением насыщения магнитной системы машины.
Принцип действия и вращающий момент синхронного двигателя. Принцип действия синхронного двигателя основан на явлении притяжения разноименных полюсов двух магнитных полей – статора и ротора.  Вращающееся поле статора с полюсами N и S создается при питании обмоток статора от трёхфазной сети аналогично вращающемуся полю асинхронного двигателя (на рис. 4.6 полюсы статора N и S показаны штриховкой, вращаются они против часовой стрелки с частотой ). Поле ротора создается постоянным током, протекающим по обмотке ротора. Предположим, что ротор каким либо способом разогнан до синхронной частоты вращения  против часовой стрелки. Тогда полюсы ротора  и  будут вращаться с частотой ; произойдет «сцепление» этих полюсов с разноименными полюсами статора  и  (см. штрихованные линии на рис. 4.6).В режиме идеального холостого хода (момент сопротивления ) оси магнитных полей статора и ротора совпадают (рис. 4.6.а). При этом на полюсы ротора действуют радиальные силы  и , которые не создают ни вращающего момента, ни момента сопротивления. Если к валу машины приложить механическую нагрузку, которая создает момент сопротивления , ось ротора и его полюсов , сместится в сторону отставания на угол  (рис. 4.6,б). Теперь вращающее поле статора как бы “ведёт” за собой поле ротора и сам ротор. Тангенциальные составляющие  и создают вращающий момент , где - радиус ротора.
Машина работает в двигательном режиме, её вращающий момент преодолевает момент сопротивления механической нагрузки.
При увеличении момента механической нагрузки  на валу ротора угол  увеличивается (до некоторого предела), что приводит к увеличению вращающегося момента двигателя , причем частота вращения ротора остается неизменной и равной .
10.Нагрев и охлаждение двигателей (ЭМ).
Потери в ЭМ превращаются в тепло и идут на нагрев отдельных частей. Нагрев ЭМ имеет определенный предел, поэтому потери, выделяемые в данной конструкции ЭМ ограничиваются.
Потери в ЭМ устанавливаются исходя из допустимого нагрева изоляции. По нагревостойкости изоляционные материалы делятся на семь классов
Y A E B F H G
0C 90 105 120 130 155 180 >180
Нагрев ЭМ принято оценивать по температуре превышения
. За предельное значение  принято +40 0C.
Допускаемое превышение температуры для обмоток ЭМ зависит от метода её измерения:
Метод термометра. При этом температура измеряется прикладыванием термометра к доступным частям ЭМ.
Метод сопротивления. Температура определяется по сопротивлению обмотки, которое зависит от её нагрева. Этот метод дает среднее превышение температуры.
Метод температурных индикаторов. Предусматривается укладка температурных индикаторов в отдельные части машины и определение температуры в данных точках.
Для выявления общих закономерностей нагрева ЭМ рассматривают как однородное тело. При этом считается, что температура во всех точках ЭМ имеет одинаковое значение, а теплопроводность равна бесконечности. Теплопередача в окружающую среду равномерная со всей поверхности и пропорционально первой степени разности температур. Уравнение баланса теплой энергии в ЭМ
Qdt=cp∙m∙d() + ,
где cp – удельная теплоемкость, ;
m – масса, кг;
–превышение температуры, 0С; –коэффициент теплоотдачи поверхности, ;
S – площадь охлаждаемой поверхности, м2.
Первое слагаемое – выделяемое тепло, второе слагаемое – отдаваемое тепло.
Передача тепла в окружающую среду происходит за счет теплопроводности и конвекции.left000 Системы вентиляции электрических машин.
Вентиляция: естественная и искусственная.
Естественная вентиляция в машинах малой мощности и в открытых ЭМ.
Искусственная вентиляция: при помощи вентилятора. ЭМ с искусственной вентиляцией: самовентиляция и независимая вентиляция.
Охлаждаемый воздух подается в ЭМ
1 внутрь (внутренняя вентиляция);
2 наружная вентиляция (обдуваемые ЭМ). Применяется в закрытых ЭМ.
left000Внутренняя вентиляция: нагнетательная и вытяжная. Предпочтение отдается нагнетательной вентиляции.
Охлаждающий воздух прогоняется вдоль оси вала или в радиальном направлении (аксиальная и радиальная вентиляция).
При аксиальной вентиляции в сердечники ротора продольные вентиляционные каналы, при радиальной вентиляции сердечник ротора - пакеты, между которыми пластины – ветреницы.
При малой длине ротора – аксиальная вентиляция, при большой длине ротора – сочетание аксиальной и радиальной вентиляции.
Вентиляция ЭМ выполняется по разомкнутому или замкнутому циклу.
Использование ЭМ по способам охлаждения устанавливается КОСТ 20459-97. Обозначение способов охлаждения из латинских букв IC. Например, IC 01– защищенная ЭМ с самовентиляцией и вентилятором, расположенным на валу машины; IC0141 – закрытая машина, обдуваемая наружным вентилятором, расположенным на валу машины.
11 .Две разновидности роторов в СМ.
Роторы синхронных машин могут иметь две принципиально различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную.
В энергетических установках по производству электроэнергии переменного тока в качестве первичных (приводных) двигателей синхронных генераторов применяют в основном три вида двигателей: паровые турбины, гидравлические турбины либо двигатели внутреннего сгорания (дизели).
Применение любого из перечисленных двигателей принципиально влияет на конструкцию синхронного генератора.
Если приводным двигателем является гидравлическая турбина, то синхронный генератор называют гидрогенератором.
Гидравлическая турбина обычно развивает небольшую частоту вращения (60—500 об/мин), поэтому для получения переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в гидрогенераторе применяют ротор с большим числом полюсов.
Роторы гидрогенераторов имеют явнополюсную конструкцию, т. е. с явно выраженными полюсами, при которой каждый полюс выполняют в виде отдельного узла, состоящего из сердечника1, полюсного наконечника2 и полюсной катушки3 (рис. 1.2,а).
Все полюсы ротора закреплены на ободе 4, являющемся также и ярмом магнитной системы машины, left000в котором замыкаются потоки полюсов.
Гидрогенераторы Обычно изготовляются с вертикальным расположением вала .Рис. 1.2. Конструкция роторов синхронных машин:
а — ротор с явно выраженными полюсами; б — ротор с неявно выраженными полюсами
СМ. 1.4. 05.01.06. 10.02.07.
Паровая турбина работает при большой частоте вращения, поэтому приводимый ею во вращение генератор, называемый турбогенератором, является быстроходной синхронной машиной. Роторы этих генераторов выполняют либо двухполюсными (n= 3000 об/мин), либо четырех полюсными(п = 1500об/мин).
В процессе работы турбогенератора на его ротор действуют значительные центробежные силы. Поэтому по условиям механической прочности в турбогенераторах применяют неявноюлюсныйротор, имеющий вид удлиненного стального цилиндра с профрезерованными на поверхности продольными пазами для обмотки, возбуждения ( рис. 1.2,б).
Сердечник неявнополюсного ротора изготовляют в виде цельной стальной поковки вместе с концами вала или же делают сборным.
Обмотка возбуждения неявнополюсного ротора занимает лишь 2/3 его поверхности (по периметру). Оставшаяся 1/3 поверхности образует полюсы.
Для защиты лобовых частей обмотки ротора от разрушения действием центробежных сил ротор с двух сторон прикрывают стальными бандажными кольцами (каппами), изготовляемыми обычно из немагнитной стали.
Турбогенераторы и дизель генераторы изготовляют с горизонтальным расположением вала.
Дизель генераторы рассчитывают на частоту вращения 600—1500 об/мин и выполняют с явнополюсным ротором .Большую группу синхронных машин составляют синхронные двигатели, которые обычно изготовляются мощностью до нескольких тысяч киловатт и предназначены для привода мощных вентиляторов, мельниц, насосов и других устройств, не требующих регулирования частоты вращения, например двигатели СДН2.
Двигатели этой .серии изготовляются мощностью от 315 до 4000 кВтпри частотах вращения от 300 до 1000 об/мин и предназначены для включения в сеть частотой 50 Гц при напряжении 6 кВ.12.Условия рассеяния тепла.
Все виды потерь, происходящие в электрической машине, преобразуются в теплоту, которая частично идет на нагревание машины, а частично отдается в окружающую среду. Условно принято считать, что нагрев происходит равномерно по всему объему машины, а рассеивание теплоты происходит также равномерно со всей ее поверхности. В этих условиях уравнение теплового баланса имеет вид
q dt = тс dτ + Sλτ dt, (18. 1)где q — количество теплоты, выделяемое в машине в единицу времени (Дж/с):
 
q = ∑Р∑Р - суммарные потери мощности в двигателе, Вт; тс dτ — количество теплоты, расходуемое на нагревание машины; m— масса нагреваемой машины; с— удельная теплоемкость материала машины, т.е. количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг этого материала на 1°С; τ— превышение температуры нагрева машины над температурой окружающей среды; Sλτ— количество теплоты, рассеиваемое с поверхности двигателя в окружающее пространство в единицу времени; λ — коэффициент теплового рассеяния, т.е. количество теплоты, рассеиваемое с единицы поверхности машины в 1 с при превышении температуры на 1°С.
В начальный период работы машина имеет температуру нагрева, не отличающуюся от температуры окружающей среды Θ1т.е. τ = 0. В этом случае рассеяния теплоты в окружающую среду не происходит, т.е. Sλτ dt = 0 и вся выделяемая в двигателе теплота идет на его нагревание. Затем, когда температура нагрева двигателя начинает превышать температуру окружающей среды, т.е. τ > 0, часть теплоты, выделяемой в двигателе, начинает рассеиваться в окружающую среду. И, наконец, когда температура нагрева машины достигает установившегося значения Θуст = const,вся выделяемая в машине теплота рассеивается в окружающую среду, т.е. наступает режим теплового равновесия:
q dt = Sλτуст dt (18.2) где τуст = Θуст – Θ1 (18.3) Из (18.2)следует, что τycm = q/ (Sλ) (18.4)
Выражение (18.4) позволяет сделать вывод:
а) установившаяся температура перегрева не зависит от массы машины m, а определяется количеством теплоты q, выделяемой в ней в единицу времени, т.е. мощностью потерь электрической машины АР;
б) установившаяся температура перегрева обратно пропорциональна площади охлаждаемой поверхности Sи коэффициенту теплового рассеяния λ, т.е. зависит от интенсивности охлаждения машины; в машинах со специальными способами охлаждения (искусственно вентилируемых) τуст меньше чем у машин с естественной вентиляцией (при их одинаковой конструкции и условиях работы).
Если машина включается в сеть, когда ее температура равна температуре окружающей среды Θ1, то зависимость температуры перегрева этой машины τот времени t выражается равенством:
τ = τуст (1 – е-t / TH ), (18.5) где е = 2,718 — основание натуральных логарифмов; ТН — постоянная времени нагревания, показывающая время (с), необходимое для нагревания машины до установившейся температуры, если бы не было теплового рассеяния с ее поверхности.
График нагревания τ = f (t), построенный по (18.5), представляет собой экспоненциальную кривую, которая показывает, что машина нагревается до установившейся температуры перегрева τуст лишь спустя продолжительное время (рис. 18.1, а). Процесс нагревания сначала идет интенсивно, а затем, по мере приближения к установившейся температуре перегрева, замедляется. Теоретически машина достигает установившейся температуры перегрева за время t = ∞. Проведя касательную к графику нагревания в его начальной части, получим отрезок, который в масштабе времени определяет постоянную времени нагревания. Таким образом, физически величину ТН можно рассматривать как время, в 
 Рис. 18.1 Графики нагревания (а) и охлаждения (б) электрической машины
течение которого превышение температуры достигло бы установившегося значения τуст, если бы график нагревания представлял собой прямую линию. Принято считать, что в реальных условиях температура перегрева достигает установившегося значения за время нагревания t = (4 - 5) ТН.
Если машину отключить от сети, прекратив этим ее дальнейшее нагревание, то тепловое рассеяние с ее поверхности будет происходить за счет накопленной в ней теплоты. При этом температура перегрева машины будет понижаться до τ = 0, т.е. пока температура не станет равной температуре окружающей среды. Этот процесс остывания протекает по графику охлаждения (рис. 18.1, б), построенному по уравнению:
τ = τуст е – t / To , (18.6) где Т0 — постоянная времени охлаждения, с.
Принято считать, что температура перегрева машины достигает практически нулевого значения за время охлаждения t = (4 —5)Т0.
Таким образом, постоянные времени нагревания и охлаждения характеризуют скорость процессов. Например, машина нагревается тем быстрее, чем меньше постоянная времени нагревания.
Итак, в процессе работы электрическая машина нагреваете, при этом для разных ее частей установлены предельно допустимые температуры перегрева.
Наиболее чувствительна к перегреву электрическая изоляция обмоток. Под действием температур, превышающих допустимые значения, ускоряется процесс теплового старения изоляции, ухудшающий ее изоляционные и механические свойства. Электроизоляционные материалы, применяемые в электротехнических изделиях, разделяются на пять классов нагревостойкости, обозначаемых А, Е, В, F и Н. В электрических машинах применяют изоляцию трех наиболее нагревостойких классов: В, F и Н. В процессе работы машины изоляция обмоток нагревается неравномерно, при этом измерение температуры нагрева в наиболее горячих точках технически невозможно. Поэтому, согласно действующему стандарту, предельные температуры нагревания изоляции обмоток принимают ниже предельно-допустимых значений соответствующего класса нагревостойкости: 
Класс нагревостойкости изоляции В F Н
Предельно-допустимая температура нагрева изоляции, °СПредельно-допустимая температура нагрева обмоток двигателя,°СПредельно-допустимые превышения температуры обмоток при Θ1 = 40 °СЧрезмерный перегрев неблагоприятно влияет и на другие части машины, например, подшипники, контактные кольца и др.
Температура нагрева какой-либо части машины Θ2 при известной температуре ее перегрева τи температуре окружающей среды Θ1 =40 °С:
Θ2 = τуст + Θ1 = τуст + 40. (18.7)
Для машин, работающих в условиях повышенных температур окружающей среды, например, в условиях металлургического производства, температуру Θ1, принимают более 40 °С.
13Хар-р взаимодействия полей статора и ротора в синхронных машинах.
left000Любая синхронная машина, включенная в электрическую систему, может работать в режиме генератора и двигателя. Режим работы синхронной машины определяется взаимодействием магнитных полей, создаваемых токами в обмотках статора и ротора. Рассмотрим режимы работы двухполюсной машины. Наложение магнитных полей токов в фазных обмотках статора возбуждает в синхронной машине, так же как и в асинхронной, магнитное поле (см. § 14.3), вращающееся с угловой скоростью ω. Приближенное распределение магнитных линий вращающегося магнитного поля в магнитопроводе синхронной машины в режимах генератора(а) и двигателя (б) показано на рис. 15.3 штриховой линией. Распределение линий вращающегося магнитного поля показывает, что приближенно его можно представить в виде вращающейся с угловой скоростью ω пары полюсов, расположенных на статоре.
Аналогичным образом магнитное поле, создаваемое током в обмотке вращающегося ротора, также можно приближенно представить в виде вращающейся пары полюсов, расположенных на роторе. Если пренебречь всеми видами потерь энергии в синхронной машине, то при отсутствии момента на валу ось полюсов ротора будет совпадать с осью полюсов статора. Для того чтобы заставить синхронную машину, включенную в систему, работать в режиме генератора, отдавая в эту систему энергию, необходимо увеличить механический момент, приложенный первичным двигателем к валу машины. Тогда под действием возросшего вращающего момента ось магнитных полюсов ротора повернется на некоторый угол у относительно оси полюсов статора в направлении вращения (рис. 15.3, а). Так как при этом результирующее магнитное поле, создаваемое наложением магнитных полей токов в обмотках ротора и статора, изменится, то ток в обмотках статора также изменится. Взаимодействие этого тока с магнитным полем ротора создает тормозной момент, действующий на ротор. Это и означает преобразование механической мощности первичного двигателя в электрическую мощность генератора, включенного в систему. Магнитные полюсы ротора будут как бы тянуть за собой магнитные полюсы статора. Если теперь приложить к валу машины вместо вращающего тормозной момент механической нагрузки, то ось полюсов ротора повернется на некоторый угол относительно оси полюсов статора против направления вращения (рис. 15.3, б). Вновь возникнут токи в обмотках статора и создадут электромагнитные силы взаимодействия токов статора и магнитного поля ротора, но на этот раз эти силы будут стремиться увлечь ротор в направлении вращения. Электромагнитные силы создадут теперь вращающий момент, при посредстве которого электрическая энергия сети преобразуется в механическую на валу машины; таким путем синхронная машина переходит в режим двигателя. Режим работы синхронной машины изменяется от генераторного на двигательный и обратно в зависимости от механического воздействия на вал машины, причем электромагнитные силы играют роль своеобразной упругой связи между ротором и статором.14.Энергетическая диаграмма ДПТ.
Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения
представлена на рис. 9-2. Получаемая от первичного двигателя механическая мощность Р1 за вычетом потерь механических рмх, магнитных рмг и добавочных ря преобразуется в якоре в электромагнитную мощность РЭш. Мощность РЭш частично тратится на электрическиеРис. 9-2. Энергетическая диаграм- потери ръл№ в цепи якоря (в обмотках якоря, добавочных полюсов и в компенсационной и в переходном сопротивлении щеточного контакта), а остальная часть этой мощности представляет собой полезную мощность Р%, отдаваемую потребителям. Потери на возбуждение рв в генераторе независимого возбуждения покрываются за счет постороннего источника тока.
На основании изложенного для генератора независимого возбуждения имеем уравнение мощностей
Рис. 9-2. Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения
Аналогичные энергетические диаграммы можно построить и для других типов генераторов.
Уравнение вращающих моментов. Если все члены уравнения (9-2) разделить на угловую скорость вращения
Q = 2лп,

15.Энергетические диаграммы СД и СГ.
А). Режим генератора.
Ротор синхронного генератора (СГ) приводится во вращение специальным приводным двигателем. Постоянное напряжение подается на обмотку индуктора. Вращающееся поле индуктора, воздействует через зазор на проводники статора (якоря), наводя в них ЭДС. Если замкнуть выводные клеммы на сеть (нагрузку), то в нее от синхронного генератора (СГ) будет отдаваться переменное напряжение, а по обмотке якоря будет протекать ток.
Б). Режим двигателя.
К статору подводится питание от трехфазной цепи. При протекании токов по трем фазным обмоткам статора, сдвинутым друг относительно друга на 120° в пространстве, создается вращающееся электромагнитное поле статора (в момент пуска обмотка возбуждения должна быть отключена или зашунтирована большим сопротивлением). Воздействие через зазор на короткозамкнутую демпферную обмотку ротора, первичное поле статора наводит в ней ЭДС.
В демпферной обмотке наводятся электромагнитные силы, которые и приводят ротор во вращение (т.е. точно так же, как и в асинхронном двигателе (АД)). При этом ротор вращается с некоторым скольжением, как в асинхронном двигателе (АД). При достижении скорости вращения ротора, близкой к скорости вращения поля статора (якоря), на индуктор подается постоянное напряжение и ротор втягивается синхронно со строго постоянной скоростью n .
16.Номинальные режимы работы ЭМ (продолжительный., кратковременный и повторно-кратковременный) Продолжительным номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы при неизменной номинальной нагрузке, продолжающейся столько времени, что превышения температуры всех частей электрической машины при неизменной температуре охлаждающей среды достигают практически установившихся значений. Кратковременным номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки при неизменной температуре охлаждающей среды чередуются с периодами отключения машины: при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей электрической машины могли достигнуть практически установившихся значений, а периоды остановки электрической машины настолько длительны, что все части ее приходят в практически холодное состояние. Согласно ГОСТ 183-74, машины с кратковременным режимом работы изготовляются с длительностью рабочего периода 15, 30, 60 и 90 минут. Повторно-кратковременным режимом работы электрической машины называется режим работы, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) при неизменной температуре охлаждающей среды чередуются с кратковременными периодами отключения машины (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившихся значений. Повторно-кратковременный номинальный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ), то есть отношением продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (суммарной продолжительности рабочего периода и паузы). ГОСТ 183-74 предусматривает изготовление машин с повторно-кратковременным режимом работы с продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60 %. Кроме перечисленных трех основных номинальных режимов работы, в ГОСТ 183-74 оговаривается еще несколько дополнительных режимов работы, при которых нагрузка имеет циклический характер. Большинство электрических машин изготовляется для продолжительного режима работы.
18.Номинальные режимы работы ЭМ (S4, S5, S6, S7, S8).
S4Повторно-кратковременный с частыми пусками с ПВ 15, 25, 40 и 60 %, числом включений в час 30; 60; 120 и 240 при коэффициенте инерции FI = 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4; 6,3; 10
Характеризуется числом пусков в час, коэффициентом инерции и относительной ПВ
ПВ D + N юо где D-время пуска
D + N + R
S5Повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением с ПВ 15, 25, 40 и 60 %, числом включений в час 30; 60; 120 и 240 при коэффициенте инерции FI =1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4
Характеризуется числом пусков в час, коэффициентом инерции и относительной ПВ
ПВ= D + N + F 100, D+N+F+R
где F - время электрического торможения
S6Перемежающийся с продолжительностью нагрузки (ПН) 15; 25; 40 и 60% при продолжительности цикла 10 мин
Характеризуется относительной (в %) ПН, определяемой по формуле N
ПН = ———100, N + V
где V - время холостого хода
S7Перемежающийся с частыми реверсами при электрическом торможении с числом реверсов в час 30; 60; 120 и 240 при коэффициенте инерции FI = 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4
Характеризуется числом реверсов в час и коэффициентом инерции
S8Перемежающийся с двумя и более частотами вращения с числом циклов в час 30; 60; 120 и 240 при коэффициенте инерции FI = 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4
Характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции и относительной ПН на отдельных ступенях частоты вращения
Примечание. Коэффициент инерции FI - отношение суммы приведенного к валу двигателя момента инерции приводимого механизма и момента инерции ротора (якоря) двигателя к моменту инерции ротора (якоря).
19.Векторная диаграмма и ур-ие эл. состояния статорной обмотки СГ.
Воспользовавшись уравнением ЭДС можно построить векторную диаграмму явнополюсного синхронного генератора, работающего на активно – индуктивную, активно – емкостную нагрузку. 
Векторную диаграмму строят на основании следующих данных: ЭДС генератора в режиме хх Е0; тока нагрузки I1 и его угла фазного сдвига ψ1 относительно ЭДС; продольного хаd и поперечного xaq индуктивных сопротивлений реакции якоря; активного сопротивления фазной обмотки статора r1.
Используя векторную диаграмму ЭДС построим векторную диаграмму напряжения генератора при активно-индуктивной нагрузке, просуммировав с вектором Еδ векторы падений напряжения на активном () и индуктивном (rσa) сопротивлениях фазы обмотки якоря. Угол θ между векторами Е и U называется углом нагрузки. В генераторном режиме работы Е опережает U, и угол θ имеет всегда положительное значение, машина отдает активную мощность в сеть.
По оси ординат откладываем Е, это ЭДС наводимая в фазе статора потоком обмотки возбуждения. Т.к. нагрузка активно-индуктивная то ток в фазе статора отстает от ЭДС на угол . Ток раскладывается на продольную и поперечную составляющие.
Е-это вектор ЭДС, наведенной основным магнитным потоком в фазе обмотки якоря;
Еad-это вектор ЭДС, наведенной потоком магнитодвижущей силы продольной составляющей тока;
Еaq-это вектор ЭДС, наведенной потоком магнитодвижущей силы поперечной составляющей тока;
Еδ-это вектор ЭДС, наведенной результирующим магнитным потоком;
Еσа-это вектор ЭДС рассеяния фазы обмотки якоря;
-Irа-это вектор падения напряжения на активном сопротивлении фазы обмотки якоря;
Id- это вектор продольной составляющей тока;
Iq-это вектор поперечной составляющей тока.
Векторную диаграмму синхронного неявнополюсного генератора строят на основании ниже представленного уравнения, при этом вектор тока I1 откладывают под углом ψ1 к вектору ЭДС Е0. 
20Нагревание при повторно-кратковременном режиме работы ЭМ.

Процесс установления температуры в этом режиме можно представить в виде следующего рисунка (при идеализированной нагрузочной диаграмме). Температура обмоток двигателя изменяется по отрезкам экспоненциальных кривых и достигает установившихся колебаний со сравнительно небольшой амплитудой. При правильном выборе двигателя, наибольшая температура не достигнетуст, а будет стремиться через достаточно большое число циклов к величинеуст=доп.
Двигатель длительного режима за счет охлаждения во время пауз может работать в повторно-кратковременном режиме с коэффициентом термической перегрузки , гдеуст- наибольшая температура, которая имела бы место при длительном режиме работы с потерямиQпк=∆Рпкповторно-кратковременного режима.
Величина может быть найдена на том основании, что для цикла работы, достаточно удаленного от начала, температура перегрева колеблется в пределах от0доуст. При этом для периода работы,tрможно написать
.Температура в конце паузы понизится до значения
,если считать, что Т0=0. Подставив значение0и разделив обе части равенства нау, получим
.Отсюда .
Если Т0ТНто,отсюда , где- приведенный коэффициент включения.
На основе выражения для ниже построены кривые зависимостиотпри различных значениях. Точки, лежащие на оси ординат, где=0и=0, соответствуют кратковременному режиму работы. Характерной является также точка с координатами=1и=1. В ней сходятся все кривые. Она отвечает длительному режиму работы. Из графика видно, что при0,6допустимая тепловая перегрузка незначительна, а коэффициент механической перегрузкибудет еще меньше. Поэтому при0,6практически нужно выбирать двигатели так же, как для длительного режима работы.
Для повторно-кратковременного режима нерационально использовать двигатели, предназначенные для длительного режима. Для этого режима выпускается специальная серия машин – краново-металлургические двигатели постоянного тока серии Д, переменного тока с к.з. ротором серииMTKF,MTKH, 4АС, с фазным ротором серии МТF,MTH, 4MT.
Конструктивно двигатели, предназначенные для повторно-кратковременного режима отличаются от двигателей длительного режима тем, что при одинаковой мощности с последними они имеют меньший момент инерции, что достигается уменьшением диаметра якоря (ротора) при увеличенной длине. Это позволяет уменьшить потери энергии в переходных режимах (уменьшается запас энергии во вращающихся элементах), увеличивается быстродействие, сокращается время пуска и торможения. В справочниках и каталогах указывается для каких ПВ% они рассчитаны, указывается мощность, которую могут они развивать при каждой из нормируемых ПВ%. Для двигателей постоянного тока серии Д и краново-металлургических двигателей переменного тока основной является ПВ 40%. Все величины, характеризующие двигатель при основной ПВ% являются номинальными (мощность, ток, момент, скорость), а эти же величины при других ПВ% являются допустимыми по условиям нагрева. Например, номинальная мощность и ток двигателя при ПВ = 40% равны, положим, 5 кВт и 20 А. При ПВ = 60% его нельзя нагружать такой же мощностью и током – он этого не выдержит. Поэтому для этого двигателя в справочнике (каталоге) указывается, что при ПВ = 60% этот двигатель имеет мощность не 5, а, например, 4 кВт и ток не 20, а 15А. Скорость его также указывается иной, чем при ПВ = 40%.
21.Понятие о реакции якоря СМ.
При нагрузке машины () обмотка якоря создает собственное магнитное поле. Поля якоря и индуктора, действующие совместно, образуют результирующее поле. Действие поля якоря на поле индуктора называется реакцией якоря. Реакция якоря в машине постоянного тока определяется положением щеток относительно линии геометрической нейтрали.Линия геометрической нейтрали–это линия, проходящая через ось вращения якоря в радиальном направлении посередине между двумя соседними главными полюсами.
Поперечная реакция якоря. При наличии тока в обмотке возбуждения и отсутствии тока в обмотке якоря (=0) в машине существует только магнитное поле индуктора, картина которого изображена на рис.а. Линия геометрической нейтрали 1-1 в этом случае одновременно является и линией физической нейтрали, так как индукция поля индуктора равна нулю в тех же точках на поверхности якоря, через которые проходит линия геометрической нейтрали. При наличии тока в обмотке якоря и отсутствии тока в обмотке возбуждения (= 0) и установке щеток на линии геометрической нейтрали1-1, ось поля left000якоря направлена по поперечной оси индуктора и действует поперечная реакция якоря (рис.б). Если по обмоткам возбуждения и якоря протекают токи, то существуют одновременно поле индуктора и поле якоря. Как следует из рис. в, поперечная реакция якоря вызывает ослабление поля под одним краем полюса и его усиление под другим, вследствие чего ось результирующего поля поворачивается в генераторе по направлению вращения якоря, а в двигателе в обратную сторону. Под воздействием поперечной реакции якоря линия физической нейтрали поворачивается из положения 1-1 на некоторый угол β в положение 2-2, которое называется линией физической нейтрали. В генераторе физическая нейтраль повернута в сторону вращения якоря, а в двигателе - в обратную.
Продольная реакция якоря. Если щетки сдвинуты с линии геометрической нейтрали на 90 эл. град.(рис. г), то ось поля якоря направлена по продольной оси индуктора и действует поле продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока якоря оказывает на поле индуктора намагничивающее или размагничивающее действие.
Общий случай. В случае если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол =90 эл. град., в машине существуют как поперечная, так и продольная (намагничивающая или размагничивающая) составляющие реакции якоря.
Влияние реакции якоря на магнитный поток машины. Для оценки влияния реакции якоря необходимо рассмотреть распределения индукции магнитных потоков индуктора и якоря в воздушном зазоре, и на основе их провести анализ результирующего магнитного поля (рис ниже).
Распределение индукции магнитного поля индуктора (1) является симметричным относительно оси полюсов, близким к трапецеидальному. Распределение МДС обмотки якоря (2) имеет наибольшее значение на линии геометрической нейтрали, а по оси полюсов - равна нулю. Однако распределение магнитной индукции поля якоря (3) в зазоре совпадает с распределением МДС якоря лишь в пределах полюсных наконечников. В междуполюсном промежутке магнитная индукция поля якоря резко уменьшается, что объясняется большим магнитным сопротивлением. Распределение индукции результирующего поля в воздушном зазоре получено путем суммирования распределений (1) и (3) и соответствует ненасыщенному состоянию магнитной цепи (4). Если магнитная цепь машины насыщена, то происходит не только искажение распределения индукции результирующего поля (5), но и уменьшение по величине. Реакция якоря в машине постоянного тока оказывает отрицательное влияние. За счет искажения магнитного поля возрастает напряжение между соседними коллекторными пластинами, что ухудшает условия коммутации. В случае уменьшения индукции результирующего поля ухудшаются рабочие свойства машины: у генераторов снижается ЭДС, у двигателей уменьшается вращающий момент. Эффективным средством борьбы с вредным влиянием реакции якоря является применение компенсационной обмотки. Компенсационная обмотка укладывается в пазы полюсных наконечников и включается последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы ее МДС Fк была противоположна по направлению МДС обмотки якоря Fа.Компенсационная обмотка равномерно распределяется по поверхности полюсных наконечников главных полюсов. При наличии компенсационной обмотки магнитное поле машины при переходе из режима холостого хода к нагрузке остается практически неизменным.
22.Хар-ки ГПТ с последовательным и со смешанным возбуждением.
Характеристика дпт с последовательным возбуждением.
Схема двигателя. Схема двигателя последовательного возбуждения изображена на рис. 1.31. Ток, потребляемый двигателем из сети, протекает по якорю и обмотке возбуждения, соединенной с якорем последовательно. Поэтому I =  Iя = Iв.
Также последовательно с якорем включен пусковой реостат Rп, который, как и у двигателя параллельного возбуждения, после выпуска выводится.
Уравнение механической характеристики. Уравнение механической характеристики может быть получено из формулы (1.6). При токах нагрузки, меньших (0,8 – 0,9) Iном, можно считать, что магнитная цепь двигателя не насыщена и магнитный поток Ф пропорционален току I : Ф = kI, где k = const. (При больших токах коэффициент k несколько уменьшается). Заменяя в (1.2) Ф, получаем М = См kIоткуда
Iя =
Ф =.                                           (1.10)
Подставим Ф в (1.6):
n =  (1.11)
График, соответствующий (1.11), представлен на рис. 1.32 (кривая 1). При изменении момента нагрузки частота вращения двигателя резко изменяется – характеристики подобного типа называются «мягкими».  При  холостом  ходе,  когда М » 0, частота вращения двигателя безгранично возрастает и двигатель «идет вразнос».  Ток, потребляемый двигателем последовательного возбуждения, при увеличении нагрузки растет в меньшей степени, чем у двигателя параллельного возбуждения. Это объясняется тем, что одновременно с ростом тока растет поток возбуждения и вращающий момент становится равным моменту нагрузки при меньшем токе. Эта особенность двигателя последовательного возбуждения используется там, где есть значительные механические перегрузки двигателя: на электрифицированном транспорте, в подъемно-транспортных механизмах и других устройствах.
Регулирование частоты вращения. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока, как указывалось выше, возможно тремя способами.
Изменение возбуждения можно осуществить включением реостата Rр1 параллельно обмотке возбуждения (см. рис. 1.31) или включением реостата Rр2параллельно якорю. При включении реостата Rр1 параллельно обмотке возбуждения магнитный поток Ф можно уменьшать от номинального до минимального Фmin. Частота вращения двигателя при этом будет увеличиваться (в формуле (1.11) уменьшается коэффициент k). Механические характеристики, соответствующие этому случаю, показаны на рис. 1.32, кривые 2, 3. При включении реостата параллельно якорю ток в обмотке возбуждения, магнитный поток и коэффициент k увеличиваются, а частота вращения двигателя уменьшается. Механические характеристики для этого случая изображены на рис. 1.32, кривые 4, 5. Однако регулирование вращения реостатом, включенном параллельно якорю, применяется редко, так как потери мощности в реостате и КПД двигателя уменьшается.
Изменение частоты вращения путем изменения сопротивления цепи якоря возможно при включении реостата Rр3 последовательно в цепь якоря (рис. 1.31). Реостат Rр3 увеличивает сопротивление цепи якоря, что ведет к уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики. (В (1.11) вместо Rя надо подставить Rя + Rр3.) Механические характеристики при этом способе регулирования представлены на рис. 1.32, кривые 6, 7. Подобное регулирование используется сравнительно редко из-за больших потерь в регулировочном реостате.
Наконец, регулирование частоты вращения изменением напряжения сети, как и в двигателях параллельного возбуждения, возможно только в сторону уменьшения частоты вращения при питании двигателя от отдельного генератора или управляемого выпрямителя. Механическая характеристика при этом способе регулирования изображена на рис. 1.32, кривая 8. При наличии двух двигателей, работающих на общую нагрузку, они с параллельного соединения могут переключаться на последовательное, напряжение U на каждом двигателе при этом уменьшается вдвое, соответственно уменьшается и частота вращения.
Тормозные режимы двигателя последовательного возбуждения. Режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть в двигателе последовательного возбуждения невозможен, так как получить частоту вращения n>nx не представляется возможным (nх = ).
Режим торможения противовключением можно получить, так же как в двигателе параллельного возбуждения, путем переключения выводов обмотки якоря или обмотки возбуждения.
Характеристика дпт со смешанным возбуждением.
Принципиальная схема электродвигателя смешанного возбуждения приведена на рис. 1. В этом двигателе имеются две обмотки возбуждения – параллельная (шунтовая, ШО), подключенная параллельно цепи якоря, и последовательная (сериесная,СО), подключенная последовательно цепи якоря. Эти обмотки по магнитному потоку могут быть включены согласно или встречно.

Рис. 1 — Схема электродвигателя смешанного возбуждения.
При согласном включении обмоток возбуждения их МДС складываются и результирующий поток Ф примерно равен сумме потоков, создаваемых обеими обмотками. При встречном включении результирующий поток равен разности потоков параллельной и последовательной обмоток. В соответствии с этим, свойства и характеристики электродвигателя смешанного возбуждения зависят от способа включения обмоток и от соотношения их МДС.
Скоростная характеристика n=f (Ia) при U=Uн и Iв=const (здесь Iв — ток в параллельной обмотке).
С увеличением нагрузки результирующий магнитный поток при согласном включении обмоток возрастает, но в меньшей степени, чем у двигателя последовательного возбуждения, поэтому скоростная характеристика в этом случае оказывается более мягкой, чем у двигателя параллельного возбуждения, но более жесткой, чем у двигателя последовательного возбуждения.
Соотношение между МДС обмоток может меняться в широких пределах. Двигатели со слабой последовательной обмоткой имеют слабо падающую скоростную характеристику (кривая 1, рис. 2).
рис.2рис.3
Рис. 2 — Скоростные характеристики двигателя смешанного возбуждения.
Чем больше доля последовательной обмотки в создании МДС, тем ближе скоростная характеристика приближается к характеристике двигателя последовательного возбуждения. На рис.2 линия 3 изображает одну из промежуточных характеристик двигателя смешанного возбуждения и для сравнения дана характеристика двигателя последовательного возбуждения (кривая 2).
При встречном включении последовательной обмотки с увеличением нагрузки результирующий магнитный поток уменьшается, что приводит к увеличению скорости двигателя (кривая 4). При такой скоростной характеристике работа двигателя может оказаться неустойчивой, т.к. поток последовательной обмотки может значительно уменьшить результирующий магнитный поток. Поэтому двигатели со встречным включением обмоток не применяются.
Механическая характеристика n=f (М) при U=Uн и Iв=const. двигателя смешанного возбуждения показана на рис.3 (линия 2).
Рис. 3 — Механические характеристики двигателя смешанного возбуждения.
Она располагается между механическими характеристиками двигателей параллельного (кривая 1) и последовательного (кривая 3) возбуждения. Подбирая соответствующим образом МДС обеих обмоток, можно получить электродвигатель с характеристикой, близкой к характеристике двигателя параллельного или последовательного возбуждения.
23. Угловая хар-ка синхронной машины.
Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость  при постоянном токе возбуждения, напряжении и частоте сети (  ,  ,  ). Знание этой характеристики позволяет установить ряд важных свойств синхронной машины, определяющих устойчивость ее работы параллельно с сетью. Найдем эту зависимость для синхронной машины с явнополюсным ротором, полагая, что сопротивление якоря равно нулю (  ) и машина не насыщена.
Активная мощность синхронной машины определяется выражением
 .

Для преобразования этого выражения в искомую зависимость  воспользуемся векторной диаграммой синхронной машины, включенной в мощную сеть с напряжением  и  и работающей в режиме генератора с выдачей реактивной мощности в сеть (рис. 5.37).
24. Устройство и пр-п действия МПТ
Воснове принципа действия электрических машин лежит закон электромагнитной индукции. Согласно этому закону, в проводнике, перемещающемся относительно магнитного поля в плоскости, перпендикулярной к направлению магнитных силовых линий, индуктируется электродвижущая сила — э. д. с. (рис. 1), величину которой определяют из формулы:e=vlBМежду двумя полюсами поместим виток, намотанный на стальной цилиндр. Силовые линии направлены радикально по отношению к стальному цилиндру, причем полюса имеют такую форму, что магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсами и стальным цилиндром распределена синусоидально. Зазор между полюсами и цилиндром неодинаков: между серединой полюса и цилиндром зазор меньше, чем между краями полюсов и цилиндром. При такой конструкции направление движения проводника везде перпендикулярно к направлению магнитных силовых линий.
При вращении витка в нем индуктируется э. д. с, синусоидальная по форме кривой, так как магнитная индукция в зазоре синусоидальна. Когда виток абвг расположен горизонтально, индуктируемая в нем э.д.с. равна нулю, так как стороны витка движутся в пространстве, где магнитная индукция равна нулю. При вертикальном положении витка его стороны движутся в поле с максимальной магнитной индукцией, поэтому и э. д. с. имеет максимальное значение. Когда проводаб проходит под северным полюсом, э. д. с. в этом проводе направлена от нас; если проводаб проходит под южным полюсом, то э. д. с. в проводе изменяет свое направление, таким образом, в витке индуктируется переменный ток.
Для выпрямления тока применяют коллектор. Простейший коллектор — это два изолированных полукольца, к которым присоединяют концы витка (рис. 8). Щетки на коллекторе устанавливают так, чтобы они переходили с одного полукольца на другое, когда индуктируемая э.д.с. в витке равна нулю.
Щетка А соприкасается всегда с тем полукольцом, провод откоторого проходит под северным полюсом, а щеткаБ с полукольцом, провод от которого проходит под южным полюсом. Поэтому во внешней цепи токтянет в одном направлении от щеткиБ к щеткеА. Щетка, с которой
ток стекает в сеть, имеет знак плюс (+), а к которой ток притекает, — знак минус (—).
Выпрямленный ток пульсирует. При одном витке величины э. д. с. и тока изменяются от нуля до максимума. Для уменьшения пульсации на барабан наматывают большое число витков» Рассмотрим простейший генератор с двумя витками, намотанными на стальное кольцо, каждый виток присоединяют к паре коллекторных пластин так, чтобы цепь обмотки была замкнутой. Оба витка как источники э. д. с. оказываются включенными параллельно, и э. д. с. на щетках определяется величиной э. д. с. одного витка, ток же в цепи нагрузки может быть в 2 раза больше, чем при одном витке. Кривая выпрямленного тока и э. д. с. имеет такой же вид, как и при одном витке (рис. 8),
Устройство машины постоянного тока
Машина постоянного тока состоит из следующих основных частей; станины, полюсов, якоря с коллектором, подшипниковых щитов с подшипниками, 3811905127000019685009652000щеткодержателей со щетками (рис. 12).

Рис. 12, Машина постоянного тока в разобранном виде
1 — подшипниковый щит левый,2 — станина с полюсами,3 — подшипниковый щиг правый,4 — якорь,5 — траверса
с щеткодержателями
Станинамашины — это замкнутый магнитопровод, обычно выполненный из стали. К внутренней части станины прикрепляют главные и дополнительные полюса. В нижней наружной части станина имеет лапы, при помощи которых машину крепят на фундаменте. К бокам станины прикреплены подшипниковые щиты, в которых установлены подшипники скольжения или качения. В современных быстроходных машинах ставят подшипники качения (роликовые или шариковые).
К станине двигателя болтами крепятся главные и добавочные полюсы. На валу двигателя находится магнитопровод якоря с обмоткой якоря. Секции обмотки якоря присоединены к коллектору. На вал двигателя напрессованы вентилятор и балансировочное кольцо. Якорь машины соединяют со статором подшипниковые щиты, в которых находятся подшипники, закрепленные крышками. К одному из подшипниковых щитов крепится траверса, на которой расположены щеточные пальцы со щеткодержателями. В щеткодержателях находятся щетки, обеспечивающие при вращении скользящий контакт с коллектором. Охлаждение двигателя осуществляется вентилятором, который прогоняет воздух через машину от подшипникового щита, на котором крепится траверса со щетками, через промежутки между обмотками главных и добавочных полюсов к другому щиту машины. Воздух в машину засасывается через отверстия в защитной ленте, расположенные у щита со щетками, и выбрасывается через отверстия в станине, закрытые лентой у другого щита. Направление потока воздуха обеспечивается диффузором. На станине машины находится также коробка выводов Обмотки возбуждения расположены на главных полюсах Полюсы собираются из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5—2 мм и крепятся шпильками. Иногда полюсы выполняются литыми. В полюсах имеются отверстия с резьбой для крепления полюсов к станине. Катушки обмотки независимого или параллельного возбуждения выполняются из относительно тонкого провода, а катушки обмотки последовательного возбуждения— из проводов большого сечения, так как по ним протекает ток якоря. Катушки возбуждения укрепляются на полюсах с помощью изоляционных прокладок и клиньев. Катушки отделены друг от друга каналами, которые обеспечивают лучшее охлаждение обмоток возбуждения. Для намотки катушек обмоток возбуждения применяются провода круглого и прямоугольного сечения. Добавочные полюсы расположены между главными полюсами и предназначены для обеспечения удовлетворительной коммутации, что является необходимым условием для надежной работы машины постоянного тока. В машинах постоянного тока станина является одновременно ярмом статора и в ней замыкается поток возбуждения. Ярмо выполняется из стального литья, проката, а в машинах небольшой мощности — из труб. В некоторых случаях для обеспечения быстродействия ярмо выполняется шихтованным. Сердечник якоря набирается из таких же штампованных дисков электротехнической стали толщиной 0,5 мм, как и в машинах переменного тока. В листах сердечника имеются пазы, отверстия для вала и вентиляционные каналы. В зависимости от мощности пазы выполняются открытыми или полузакрытыми. Закрытые пазы в машинах постоянного тока не применяются. Форма паза зависит от мощности машины и используемого провода. Провода обмотки якоря, как правило, медные. В машинах постоянного тока большой мощности, имеющих диаметр ротора больше 990 мм, сердечник якоря набирают из сегментов, которые прикрепляют к ребрам крестовины якоря. Размеры сегментов выбирают, исходя из лучшего раскроя листа.
25.Активная, индуктивная и емкостная нагрузка синхронного генератора.
Чисто активная нагрузка(рис. 3.2).При чисто активной нагрузке ток якоря совпадает по фазе с ЭДС. Это означает, что во всех проводниках якоря Е и Iбудут иметь одинаковое направление. На рис. 3.2 это иллюстрируется на векторной диаграмме и на осцилограмме. По направлению ЭДС в проводниках определим направления токов. Токи в верхней половине якоря направлены (+), в нижней половине направлены (·) и согласно “правилу буравчика” такая система токов создает поле реакции Фанаправленное перпендикулярно полю возбуждения Фв. Таким образом чисто активный ток якоря создает поперечную реакцию Фа=Фq. Рассматривая установившийся режим синхронной машины, следует помнить, что вся картина распределения ЭДС и токов, индуктор и магнитные поля вращается относительно статора с синхронной скоростью nи неподвижна относительно индуктора. Это означает что электромагнитные процессы протекают только в якоре, а в индукторе их по прежнему нет.
Чисто индуктивная нагрузка.При такой нагрузке ток I отстает от ЭДС на 90 эл. градусов. При положении индуктора показанном на рисунке 3.3 ЭДС в проводнике Амаксимальна и направлена (+), тогда максимальное значение тока I с направлением (+) будет в проводнике отстающем от А на 90 эл. градусов (на рисунке он не показан) а также в проводниках С и Y.
Направления токов в остальных проводниках также показаны на рис. 3.3. Полученная система токов в обмотке якоря создает магнитное поле Фа направленное навстречу полю возбуждения и таким образом размагничивает генератор. Таким образом чисто индуктивный ток создает продольную размагничивающую реакцию якоря Фа=-Фd.
Вывод о размагничивании машины полностью соответствует физическим представлениям об индуктивной нагрузке. Как известно, индуктивная нагрузка, например, катушка индуктивности, потребляет реактивную мощность, которая идет на создание в ней магнитного поля. Ровно такую реактивную мощность генератор теряет за счет размагничивания.
Чисто емкостная нагрузка. При такой нагрузке ток I опережает ЭДС на 90 эл. градусов и поэтому распределение токов в витках обмотки якоря будет таким как показано на рис. 3.4. Полученная система токов в обмотке якоря создает магнитное поле Фа направленное согласно с полем возбуждения, в результате чего генератор намагничивается. Чисто емкостный ток создает продольную намагничивающую реакцию якоря Фа=+Фq.
Полученная картина токов и полей также соответствует физическим представлениям о емкостной нагрузке. Емкость, как известно, является источником реактивной мощности, которую генератор и потребляет, при этом намагничиваясь.
26.ГПТ с параллельным возбуждением.
Генератор с параллельным возбуждением. В этом генераторе (рис. 8.47, а) обмотка возбуждения подсоединена через регулировочный реостат параллельно нагрузке. Следовательно, в данном случае используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от обмотки якоря генератора. Самовозбуждение генератора возможно только при выполнении определенных условий. Чтобы установить их, рассмотрим процесс изменения тока в контуре «обмотка возбуждения — обмотка якоря» в режиме холостого хода. Для рассматриваемого контура получим уравнение
e = iв ΣRв + Lв diв /dt,
где е и iв — мгновенные значения ЭДС в обмотке якоря и тока возбуждения; ΣRв = Rв + Rр.в — суммарное сопротивление цепи возбуждения генератора (сопротивлением ΣRа можно пренебречь, так как оно значительно меньше ΣRв ); Lв — суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря. Все члены, входящие в (8.59), можно изобразить графически (рис. 8.47,б). ЭДС е при некотором значении iв тока возбуждения можно определить по характеристике ОА холостого хода генератора, а падение напряжения iв ΣRв — по вольтамперной характеристике ОВ его цепи возбуждения. Характеристика ОВ представляет собой прямую, проходящую через начало координат под углом у к оси абсцисс; при этом tg γ = ΣRв . Из (8.59) имеем
diв /dt = (e - iв ΣRв )/Lв .Следовательно, если разность (e - iвΣRв ) > 0, то производная diв /dt > 0, и происходит процесс увеличения тока возбуждения iв .Установившийся режим в цепи обмотки возбуждения наблюдается при diв /dt = 0, т. е. в точке пересечения С характеристики холостого хода ОА с прямой ОВ. При этом машина работает с некоторым установившимся током возбуждения Iв0 и ЭДС Е0 = U0 .
Из уравнения (8.60) следует, что для самовозбуждения генератора необходимо выполнение определенных условий:
1) процесс самовозбуждения может начаться только в том случае, если в начальный момент (iв = 0) в обмотке якоря индуцируется некоторая начальная ЭДС. Такая ЭДС может быть создана потоком остаточного магнетизма, поэтому для начала процесса самовозбуждения необходимо, чтобы в генераторе имелся поток остаточного магнетизма, который при вращении якоря индуцирует в его обмотке ЭДС Еост . Обычно поток остаточного магнетизма имеется в машине из-за наличия гистерезиса в ее магнитной системе. Если такой поток отсутствует, то его создают, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника;
2) при прохождении тока iв по обмотке возбуждения ее МДС Fв должна быть направлена согласно МДС остаточного магнетизма Focт . В этом случае под действием разности е - iв ΣRвпроисходит процесс нарастания тока iв , магнитного потока возбуждения Фв и ЭДС е. Если указанные МДС направлены встречно, то МДС обмотки возбуждения создает поток, направленный против потока остаточного магнетизма, машина размагничивается и процесс самовозбуждения не сможет начаться;
3) положительная разность е - iв ΣRв , необходимая для возрастания тока возбуждения iв от нуля до установившегося значения Iв0 , может возникать только в том случае, если в указанном диапазоне изменения тока iв прямая ОB располагается ниже характеристики холостого хода ОА. При увеличении сопротивления цепи возбуждения ΣRв возрастает угол наклона γ прямой ОB к оси тока Iв и при некотором критическом значении угла γкр (соответствующем критическому значению сопротивления ΣRв.кр ) прямая ОВ' практически совпадает с прямолинейной частью характеристики холостого хода. В этом случае е ≈ iв ΣRв и процесс самовозбуждения становится невозможным. Следовательно, для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы сопротивление цепи возбуждения было меньше критического значения.
Если параметры цепи возбуждения подобраны так, что ΣRв < ΣRв.кр , то в точке С обеспечивается устойчивость режима самовозбуждения. При случайном уменьшении тока iв ниже установившегося значения Iв0 или увеличении его свыше Iв0 возникает соответственно положительная или отрицательная разность (е - iв ΣRв ), стремящаяся изменить ток iв так, чтобы он стал снова равным Iв0 . Однако при ΣRв > ΣRв.кр устойчивость режима самовозбуждения нарушается. Если в процессе работы генератора увеличить сопротивление цепи возбуждения ΣRв до значения, большего ΣRв.кр , то его магнитная система размагничивается и ЭДС уменьшается до Еост . Если генератор начал работать при ΣRв > ΣRв.кр , то он не сможет самовозбудиться. Следовательно, условие ΣRв < ΣRв.кр ограничивает возможный диапазон регулирования тока возбуждения генератора и его напряжения. Обычно можно уменьшать напряжение генератора, увеличивая сопротивление ΣRв , лишь до (0,6—0,7)Uном . Внешняя характеристика генератора представляет собой зависимость U = f(Iн ) при n = const и Rв = const (кривая 1, рис. 8.48). Она располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (кривая 2). Это объясняется тем, что в рассматриваемом генераторе кроме двух причин, вызывающих уменьшение напряжения с ростом

Рис. 8.48. Внешние характеристики генераторов с независимым и парал-лельным возбуждением
нагрузки (падения напряже-ния в якоре и размагничи-вающего действия реакции якоря), существует еще третья причина — уменьше-ние тока возбуждения Iв = U/ΣRв , который зависит от напряжения U, т. е. от тока Iн .
Генератор может быть нагружен только до некоторого максимального тока Iкр . При дальнейшем снижении сопротивления нагрузки Rн ток Iн = U/Rн начинает уменьшаться, так как напряжение Uпадает быстрее, чем уменьшается Rн . Работа на участке ab внешней характеристики неустойчива; в этом случае машина переходит в режим работы, соответствующий точке b, т. е. в режим короткого замыкания.
Особенно наглядно видно действие причин, вызывающих уменьшение напряжения  генератора  с ростом  нагрузки, из рассмотрения   рис.   8.49,   на   котором   показано   построение внешней характеристики по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику.
Построение производится в следующем порядке. Через точку D на оси ординат, соответствующую номинальному напряжению, проводят прямую, параллельную оси абсцисс. На этой прямой располагают вершину А характеристического треугольника, соответствующего номинальной нагрузке; катет АВ должен быть параллелен оси ординат, а вершина С должна лежать на характеристике холостого хода 1. Через начало координат и вершину А проводят прямую 2 до пересечения с характеристикой холостого хода; эта прямая является вольтамперной характеристикой сопротивления цепи обмотки возбуждения. По ординате точки пересечения Е характеристик 1 и 2 получаем напряжение генератора U0 = E0 при холостом ходе.
Ток возбуждения Iв.ном при номинальном режиме соответствует абсциссе точки А, а ЭДС генератора Eном при номинальной нагрузке — ординате точки В. Ее можно определить по характеристике холостого хода, если уменьшить ток возбуждения Iв.ном на величину отрезка ВС, учитывающего размагничивающее действие реакции якоря. При построении внешней характеристики 3 ее точки а иb, соответствующие холостому ходу и номинальной нагрузке, определяются напряжениями U0 и Uном . Промежуточные точки с, d,... получают, проводя

Рис. 8.49.  Графики построения внешней характеристики генератора с  параллельным возбуждением с помощью характеристического  треугольника
прямые А'С', А"С", А'"С"',..., параллельные гипотенузе АС, до пересечения с вольт-амперной характеристикой 2 в точках А', А", А"',..., а также с характеристикой холостого хода 1 в точках С', С", С'",.... Ординаты точек А' А" А'",... соответствуют напряжениям при токах нагрузки Ia1, Ia2, Ia3,..., величины которых определяются из соотношения
Iaном : Ia1 : Ia2, Ia3 … = AC : A'C' : A"C" : A'"C'" ...
При переходе от режима номинальной нагрузки к режиму холостого хода напряжение генератора изменяется на 10 - 20%, т. е. больше, чем в генераторе с независимым возбуждением.
При установившемся коротком замыкании якоря ток Iк генератора с параллельным возбуждением сравнительно мал (см. рис. 8.48), так как в этом режиме напряжение и ток возбуждения равны нулю. Следовательно, ток к. з. создается только ЭДС от остаточного магнетизма и составляет (0,4 - 0,8) Iном . Регулировочная и нагрузочная характеристики генератора с параллельным возбуждением имеют такой же характер, как и у генератора с независимым возбуждением.
Большинство генераторов постоянного тока, выпускаемых отечественной промышленностью, имеют параллельное возбуждение. Для улучшения внешней характеристики они обычно имеют небольшую последовательную обмотку (один — три витка на полюс). При необходимости такие генераторы можно включать и по схеме с независимым возбуждением.
27.Формула эл.-магнитного момента СМ
Электромагнитный момент.В синхронных машинах большой и средней мощности потери мощности в обмотке якоря ΔPaэл = mIa2ra малы по сравнению с электрической мощностью Р, отдаваемой (в генераторе) или потребляемой (в двигателе) обмоткой якоря. Поэтому если пренебречь величиной ΔPаэл, то можно считать, что электромагнитная мощность машины Рэм = Р.
Электромагнитный момент пропорционален мощности Рэм. Поэтому для неявнополюсной и явнополюсной машин:
 ; (1.35а) . (1.35б)
Первый член формулы (1.35б) физически представляет собой основной момент, получающийся в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током ротора, а второй член–так называемый реактивный момент, возникающий из-за стремления ротора ориентироваться по оси результирующего поля. Последний существует даже при отсутствии тока возбуждения (когда E0 = 0). В частном случае неявнополюсной машины, когда xd = xq = хсн,формула (1.35б) принимает вид формулы (1.35а).
При неявнополюсной машине зависимость М = f(θ) представляет собой синусоиду, симметричную относительно осей координат (рис. 1.35, кривая 1). При явнополюсной машине из-за неодинаковой магнитной проводимости по различным осям (хd ≠ хq)возникает реактивный момент
 , (1.36)
в результате чего зависимость М = f (θ) несколько искажается (кривая 2). Реактивный момент, как следует из (1.35б), пропорционален sin2θ (кривая 3). Так как электромагнитная мощность Рэм пропорциональна моменту, то приведенные на рис. 1.35 характеристики представляют собой в другом масштабе зависимости Рэм = f(θ) или при принятом предположении (ΔРаэл= 0) зависимости P = f(θ);их называют угловыми характеристиками.
рис.1.36
Рис. 1.35 – Угловые характеристики электромагнитного момента М для явнополюсной и неявнополюсной машин Форма кривой М = f(θ) обусловлена тем, что потоки  и  сдвинуты между собой на тот же угол θ, что и векторы Ė0и Ù (векторы  и  опережают Ė0и Ù на 90°). Поэтому если угол θ = 0 (холостой ход), то между ротором и статором существуют только силы притяжения f, направленные ра-диально (рис. 1.36, а), и электромагнитный момент равен нулю. При θ > 0 (генераторный режим) ось потока возбуждения Фв (полюсов ротора) опережает ось суммарного потока ∑Ф на угол θ (рис. 1.36, б), вследствие чего электромагнитные силы f, возникающие между ротором и статором, образуют тангенциальные составляющие, которые создают тормозной момент М. Максимум момента соответствует значению θ = 90°, когда ось полюсов ротора расположена между осями суммарного потока статора.При θ < 0 (двигательный режим) ось потока возбуждения отстает от оси суммарного потока (рис. 1.36, в), вследствие чего тангенциальные составляющие электромагнитных сил, возникающих между ротором и статором, создают вращающий момент.
Условия статической устойчивости.Угловая характеристика синхронной машины имеет важное значение для оценки ее статической устойчивости и степени перегружаемости. Под статической устойчивостью Рис. 1.36 – Картина взаимодействия потоков Фв и ∑Ф в синхронной машине синхронной машины, работающей параллельно с сетью, понимается ее способность сохранять синхронное вращение (т.е. условие n2 = n1)при изменении внешнего вращающего момента Мвн, приложенного к его валу. Статическая устойчивость обеспечивается только при углах θ, соответствующих М < Ммакс.
28.Регулировочная хар-ка ГПТ с независимым возбуждением.
Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения
Характеристика  IВ= F(I) показывает, как следует менять ток в цепи возбуждения, чтобы при изменениях нагрузки генератора напряжение на его выводах оставалось неизменным, равным номинальному. При этом частота вращения сохраняется постоянной (n – const).
При работе генератора без нагрузки в цепи возбуждения устанавливают ток Iво, 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 на рис. 28.4, б). Постепенно уменьшая нагрузку генератора до х.х. и регулируя соответствующим образом ток возбуждения, получают нисходящую ветвь характеристики (кривая 2 на рис. 28.4, б). Нисходящая ветвь регулировочной характеристики расположена ниже восходящей, что объясняется влиянием возросшего остаточного намагничивания магнитной цепи машины в процессе снятия восходящей ветви. Среднюю кривую 3,проведенную между восходящей и нисходящей ветвями, называютпрактической регулировочной характеристикой генератора.
Основной недостаток генераторов независимого возбуждения — это необходимость в постороннем источнике энергии постоянного тока — возбудителе. Однако возможность регулирования напряжения в широких пределах, а также сравнительно жесткая внешняя характеристика этого генератора являются его достоинствами.
29.Саморегулирование эл.-магн. момента СД при изменении нагрузки на валу.
Процесс саморегулирования двигателей постоянного тока протекает следующим образом.[гер.375] Все ЭД обладают свойством саморегулирования, то есть автоматически создают  вращающий момент  равный моменту статического сопротивления  на валу двигателя при постоянной частоте вращения вала ЭД. Статистический момент сопротивления создается рабочим механизмом. Электромеханический процесс саморегулирования протекает следующим образом. Пусть ЭД работает на холостом ходу (без нагрузки, механизм не нагружен) . Однако при холостом ходе и двигатель и механизм создают моменты сопротивления: двигатель создаёт момент а механизм создаёт момент . Эти моменты уравновешивают друг друга   , в результате их уравновешивания   устанавливается угловая скорость вала двигателя . Если появилась нагрузка на механизме момент сопротивления механизма  увеличился до значения  : Тогда в соответствии с известным уравнением механики вращательного движения: где  – момент инерции вращающихся масс, появляется отрицательное ускорение   (так как ) и скорость якоря  , под действием отрицательного ускорения, начинает уменьшаться. Но вместе со скоростью уменьшается противо  Э.Д.С. а ток якоря                                        (11-2) и вращающий момент    возрастают. Когда вращающий момент двигателя  станет равным возросшему моменту сопротивления механизма ускорение   станет равным нулю.          Уменьшение скорости прекратится и установится  новое значение  скорости  меньшее первоначальной: При новой установившейся скорости момент определяется выражением где  значение тока якоря при новой установившейся скорости следовательно, в работающем двигателе ток якоря определяется моментом на валу и магнитным потоком возбуждения.30.Внешняя хар-ка ГПТ с независимым возбужд-ем.
Внешняя характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения
Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения U навыводах генератора от тока нагрузки I. 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. (I= 0), снимают показания приборов. Сопротивление цепи возбуждения rB и частоту вращения в течение опыта поддерживают неизменными.На рис. 28.4, а представлена внешняя характеристика генератора независимого возбуждения, из которой видно, что при увеличении тока нагрузки I напряжение на выводах генератора понижается; это объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи якоря. Наклон внешней характеристики к оси абсцисс (жесткость внешней характеристики) оценивается номинальным изменением напряжения генератора при сбросе нагрузки:
.                        Обычно для генератора независимого возбуждения ΔUном  = 5 – 10% .
31 .Регулирование активной мощности СГ изменением момента первичного двигателя.
Характеристиками синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, при регулировании активной мощности называют зависимости тока якоря генератора Iя, коэффициента мощности генератора cosφ и тока приводного двигателя Iдв от активной мощности P2, отдаваемой генератором в сеть при неизменном токе возбуждения генератора Iв, неизменном напряжении Uc и неизменной частоте сети fc, т.е. Iя, cosφ, Iдв = f(P2) при Iв = const, Uc= const, fc = const.
Регулирование активной мощности, отдаваемой синхронным генератором в сеть, осуществляют путем изменения момента приводного двигателя.Опыт проводится при неизменном токе возбуждения генератора. Момент приводного двигателя изменяют при помощи регулировочного реостата R2. Скорость вращения двигателя и генератора остается при этом неизменной, т.к. генератор синхронизирован с сетью. Мощность изменяют от нуля до величины, соответствующей номинальному току якоря генератора, делая при этом 6 — 7 отсчетов тока якоря генератора Iя(амперметр А1), тока якоря приводного двигателя Iдв (амперметр A3) и активной мощности P2(ваттметр W). 
32.Основные изолирующие материалы, применяемые в ЭМ.
Материалы, из которых делают электрические машины, можно условно разделить на: конструктивные, активные и изоляционные.
I. Конструктивные (конструкционные) материалы применяют для изготовления конструктивных частей машин: станин, подшипниковых щитов, подшипников, валов, вентиляторов, контактных и других устройств. В качестве конструкционных материалов используют литые сталь и чугун, цветные металлы и их сплавы, пластмассы.
II. Активные материалы применяют для изготовления активных частей машин, непосредственно участвующих в преобразовании энергии. Активные материалы делят на проводниковые и магнитные.
III. Электроизоляционные материалы применяют для изолирования обмоток от магнитопроводов и конструктивных частей машины.
Основные требования к электроизоляционным материалам: высокая механическая прочность; высокая диэлектрическая прочность, позволяющая уменьшить толщину изоляции; хорошая теплопроводность, обеспечивающая малый перепад температуры в изоляции и соответственно хорошее охлаждение обмоток; влагостойкость; теплостойкость, обеспечивающая длительное функционирование изоляции при воздействии предельно допустимой рабочей температуры Тm.
Различают семь классов нагревостойкости электроизоляционых материалов по предельно допустимым температурам Тm (табл. 1.2).
Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов
Класс нагревостойкостиY A E B F H C
Температура Тm, °С 90 105 120 130 155 180 более 180
К классу нагревостойкости Y относятся непропитанные и непогружённые в жидкий диэлектрик текстильные материалы на основе хлопка, натурального шёлка, целлюлозы (картон, дерево), пластмассы.
Класс нагревостойкости А составляют пропитанные лаками на основе натуральных смол, термопластичными компаундами или помещённые в жидкий диэлектрик материалы класса нагревостойкости Y, изоляция эмалированных проводов, трансформаторное масло.
Класс нагревостойкости Е образуют стеклолакоткани, синтетичес-кие органические полиэтилентерефталатные плёнки, термореактивные синтетические смолы и компаунды (эпоксидные, полиэфирные).
В класс нагревостойкости В входят материалы на основе асбеста, слюды, стекловолокна, пропитанные битумными или масляносмоляны-ми лаками, термореактивные синтетические компаунды, асбоцемент.
Классы нагревостойкости F и Н образуют материалы класса нагревостойкости В в сочетании с синтетическими (класс F) и кремний-органическими (класс H) пропитывающими и связующими составами.
К классу нагревостойкости С относятся слюда, стекло, керамика, фарфор, применяемые с неорганическими связующими или без них.
В трансформаторах широко применяют изоляционные материалы класса нагревостойкости А. Обмотки электрических машин изолируют по классам нагревостойкости В, F и реже H. Изоляция вводных устройств может быть выполнена по классу нагревостойкости С.
33.Устройство и принцип действия СД.
Принцип действия и конструкция СД
Рассм. упрощенную модель СД. Между полюсами статора и ротора при неподвижной системе статора возникают силы взаимного притяжения и эта сила FM направлена вдоль оси полюсов. Если система статора начнет вращаться с некоторой скоростью n1 относительно ротора, то оси полюсов статора и ротора относительно друг друга окажутся сдвинуты на некоторый угол q. В этом случае сила магн. притяжения FM=Fn+Ft имеет 2 составляющие: нормальную и тангенциальную.(1.21)
Нормальные составляющие направлены вдоль оси полюсов, а совокупность тангенциальных будет являться причиной появления эл. магн. момента, под действием которого ротор приводится во вращение. Неявнополюсный статор с распределенной 3х фазной обмоткой включается в сеть переменного тока и образуется вращающееся магн. поле статора. Ротор СД имеет явнополюсную конструкцию. На полюса надеты полюсные катушки которые соединены последовательно и образуют обмотку возбуждения СД. Обмотка вожбуждения СД замыкается на контактные кольца, которые изолированы друг от друга и от вала ротора. Контактные кольца, а след-но и обмотка возбуждения имеют эл. контакт со щетками закрепленными на корпусе двигателя. Щетки через клеммную панель, а след-но и обмотка возбуждения получают питание от источника поcт. тока. Как правило, это тиристорные возбудительные устройства.
ОВ к I=®FMOB®ФОВ | МЭМ
ОС к I~®вращающееся магн. поле®Ф |
Результатом взаимодействия магн. поля статора и ротора является возникновение эл. магн. момента
Пуск СД
При пуске СД необходимо обмотку возбуждения включить на сопротивление в 10-15 раз превышающее сопротивление ОВ, т. к. магн. поток статора может навести в обмотке ротора ЭДС во много раз по величине превышающей допустимую, что приводит к пробою межвитковой изоляции. Кроме этого, если ОВ оставить включенной в сеть, то магн. поток возбуждения будет наводить дополнительную ЭДС в обмотке статора и результатом действия этой дополнительной ЭДС в обмотке статора будет появления тормозного момента.
M=m1E0U1/w1xd+m1U21/2w1(1/xq-1/xd)*
*sin2q
xd – индуктивное сопротивление поперечной оси, xq – индуктивное сопротивление продольной оси
Эл. магн. момент СД
Т. к. ротор СД имеет явно полюсную конструкцию, то магн. сопротивление СД по поперечной и продольной осям оказывается неодинаковым. Продольная ось вдоль оси полюсов, поперечная вдоль межполюсного пространства. Поэтому эл. магн. момент имеет 2 составляющие основную и реактивную. Реактивная составляющая определяется в основном магн. сопротивлением по продольной поперечным осям.
34.0хлаждение и вентиляция электрических машин.
Способы охлаждения электрических машин
По способу охлаждения электрические машины разделяют на два вида: машины с естественным охлаждением и машины с искусственным охлаждением.
Естественное охлаждение электрических машин. Эти машины не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины. Охлаждение происходит естественным путем за счет теплопроводности и конвекции.
Теплопроводность - это передача теплоты внутри твердого тела. Например, пазовые части обмотки статора, нагреваясь, передают теплоту через слои пазовой изоляции в сердечник. Через места крепления сердечника теплота передается в корпус статора. Передача теплоты теплопроводностью происходит от более нагретых слоев твердого тела к менее нагретым. Конвекция состоит в том, что частицы газа (воздуха), соприкасающиеся с поверхностью нагретого тела (лобовые части обмоток, сердечники, корпус), нагреваются, становятся легче и поднимаются кверху, уступая свое место менее нагретым частицам, и т.д. Так конвекция называется естественной. Во вращающейся машине имеет место еще и искусственная конвекция, обусловленная вращением ротора, который создает принудительную циркуляцию (воздуха), что усиливает эффект конвекции внутри машины.
Искусственное охлаждение электрических машин. В этих машинах применяют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий движение в машине газа, охлаждающего нагретые части машины. Значительную группу машин с искусственным охлаждением составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор закреплен на валу машины; в процессе работы он, вращаясь, создает аэродинамический напор. Самовентиляция может быть наружной и внутренней. При наружной самовентиляции воздухом обдувается внешняя поверхность корпуса статора. Машина в этом случае имеет закрытое исполнение с ребристой поверхностью (для увеличения поверхности охлаждения). При внутренней самовентиляции в корпусе и подшипниковых щитах машины делают специальные отверстия, через которые из окружающей машину среды проникает внутрь машины, охлаждает ее, а затем выбрасывается наружу. Принцип внутренней самовентиляции, получивший в электрических машинах преимущественное применение, иллюстрирует рис. 18.3. На валу машины закреплен центробежный вентилятор. Вращаясь вместе с валом машины, он затягивает через отверстие в правом подшипниковом щите воздух, создавая внутри машины аэродинамимический напор, под действием которого воздух прогоняется через внутреннюю полость машины. Воздух проходит через вентиляционные каналы, зазор и межполюсное пространство (при явнополюсной конструкции машины). При этом он “омывает” и нагретые части машины и отбирает теплоту от нагретых частей и нагретым выходит через специальные отверстия (жалюзи) в левом подшипниковом щите, со стороны, противоположной вентилятору. Для более эффективного охлаждения в магнитопроводе некоторых электрических машин делают вентиляционные каналы, через которые проходит охлаждающий газ. Вентиляционные каналы называют аксиальными, если они расположены параллельно оси ротора, и радиальными, если они расположены перпендикулярно этой оси. (рис. 18.4). Вентиляцию, при которой охлаждающий газ перемещается вдоль оси машины, называют аксиальной (рис. 18.4, а), если же газ перемещается перпендикулярно оси машины по радиальным каналам, то вентиляцию называют радиальной (рис. 18.4,6) Радиальные вентиляционные каналы получаются делением общей длины сердечника на пакеты по 40 — 60 мм. Между пакетами оставляют промежутки по 10 мм, которые и являются радиальными каналами. Иногда в машинах применяют радиально-аксиальную вентиляцию. В двигателях с регулировкой частоты вращения вниз от номинальной при малой частоте вращения самовентиляция становится малоэффективной. Это ведет к чрезмерному перегреву машины. Поэтому в таких двигателях целесообразно применение независимой вентиляции (см. рис. 18.5), когда вентилятор имеет собственный привод
(частота вращения последнего не зависит от режима работы машины). Независимую вентиляцию применяют также для охлаждения электрических машин, работающих во взрывоопасной или химически активной среде. В этом случае вентилятор 4 (рис. 18.5, а) через трубопровод 3 нагнетает воздух в машину 1 и по трубе 2 выбрасывает его наружу. Такая система независимой вентиляции называется разомкнутой в отличие от замкнутой системы (рис. 18.5, б), когда один и тот же объем газа циркулирует в замкнутой системе, состоящей из двигателя (объект охлаждения) 1, независимого вентилятора 2, трубопровода 1 и 5 и охладителя 4, в котором охлаждается нагретый в машине газ. Все способы охлаждения электрических машин принято обозначать буквами IC, являющимися начальными буквами английских слов International Cooling, остальные буквы и цифры обозначают способ охлаждения машины. Сначала указывается буква, обозначающая вид хладагента: А — воздух, Н — водород, V — вода и т. д. Если хладагентом является только воздух, то буква опускается. Затем идет несколько цифр: первая цифра условно обозначает устройство цепи охлаждения для циркуляции хладагента, например, воздуха, вторая — способ перемещения хладагента. Если машина имеет несколько цепей охлаждения (например, внутренняя вентиляция и наружный обдув), то в обозначении может быть четыре цифры: две — для обозначения наружной цепи охлаждения и две — для внутренней.
35.Рабочие характеристики синхронного двигателя.
Синхронные двигатели обладают рядом особенностей, о которых лучше всего судить по их рабочим характеристикам (рис. 7.5). Эти характеристики показывают зависимость I, п, М, М2, P1 и  от мощности Р2 при U=const и f=const. Скорость вращения ротора п2 всегда равна синхронной скорости n2=n1=f160/p и не зависит от нагрузки, поэтому она имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс. Момент двигателя М=М0+М2, где Мо— момент холостого хода, М2— полезный тормозной момент. Так как M0=const, а М2=P2/изменяется пропорционально полезной мощности Р2 на валу, то момент М2 будет выражаться прямой, проходящей через начало координат, а момент М — прямой, расположенной несколько выше характеристики М2.
Кратковременная перегрузочная способность синхронного двигателя, так же как и синхронного генератора, зависит от величины угла . При работе двигателя с номинальной нагрузкой и номинальным током возбуждения угол  обычно не превышает 25-30°.
При этих значениях кратковременная перегрузочная способность синхронного двигателя (см. рис. 7.2)
Рис. 7.5. Рабочие характеристики синхронного двигателя Подведенная к двигателю мощность P1 включает в себя потери (Р1=P2+ Pпот). Поэтому увеличение потребляемой мощности Р1 происходит несколько в большей мере, чем полезной мощности Р2 и характеристика Р1=f(Р2) имеет некоторую кривизну в сторону оси абсцисс. Ток пропорционален вращающему моменту и он будет выражаться той же прямой, что и момент М. При изменении нагрузки от 0 до 1/2 Pн кривая к. п. д. быстро возрастает, а затем ее рост прекращается, и к. п. д. машины даже понижается.
Изменение  зависит от характера возбуждения двигателя. Если обеспечить номинальное постоянное возбуждение машины при ее работе на холостом ходу, при котором =1, то с увеличением нагрузки получится недовозбужденный режим работы двигателя. При этом возникнут реактивные токи, отстающие от напряжения на угол . Наоборот, если установить номинальное постоянное возбуждение двигателя при номинальной нагрузке, то при уменьшении нагрузки двигатель начнет забирать из сети реактивные опережающие токи, а при перегрузке-реактивные отстающие токи. Кривая =f(P2)дана для некоторого промежуточного значения тока возбуждения.
Синхронные двигатели применяются главным образом для привода механизмов значительной мощности (свыше 100 кет), требующих постоянства числа оборотов. В судовых условиях они используются в основном на судах технического флота (земснарядах), в электрических приводах компрессоров, центробежных насосов, лебедок, а также в системах генератор-двигатель.
36.Нагрузочная хар-ка ГПТ с независимым возбуждением.
Внешняя характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения
Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения U навыводах генератора от тока нагрузки I. 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. (I= 0), снимают показания приборов. Сопротивление цепи возбуждения rB и частоту вращения в течение опыта поддерживают неизменными.На рис. 28.4, а представлена внешняя характеристика генератора независимого возбуждения, из которой видно, что при увеличении тока нагрузки I напряжение на выводах генератора понижается; это объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи якоря. Наклон внешней характеристики к оси абсцисс (жесткость внешней характеристики) оценивается номинальным изменением напряжения генератора при сбросе нагрузки:
.Обычно для генератора независимого возбуждения ΔUном  = 5 – 10% .
37.Синхронные двигатели малой мощности.
Свойство рассмотренных выше синхронных двигателей сохранять неизменной частоту вращения при изменении тормозного момента на валу достигается усложнением устройства ротора по сравнению с асинхронными: к обмотке подключается через скользящие контакты специальный источник постоянного тока. В синхронных двигателях малой мощности роль вращающегося постоянного электромагнита выполняет постоянный магнит, изготовленный из магнитно-твердого материала и укрепленный на оси ротора. Пуск такого двигателя в ход осуществляется обычно непосредственным подключением его фазных обмоток статора к электрической сети. Для возникновения асинхронного момента при пуске двигателя в полюсах постоянного магнита располагаются стержни коротко-замкнутой обмотки. Другой разновидностью синхронных двигателей малой мощности являются так называемые синхронные реактивные двигатели. Особенность этих двигателей заключается в том, что их ротор имеет магнитную анизотропию, т. е. различное магнитное сопротивление в различных радиальных направлениях. На рис. 15.20 приведен поперечный разрез конструкции двухполюсного анизотропного ротора, представляющего собой набор пакетов из листовой электротехнической стали, разделенных слоями алюминия (заштрихованная часть). Продольное направление легкого намагничивания пакетов листовой электротехнической стали определяет форму магнитных линий поля токов статора. Искривление магнитных линий поля токов статора при наличии тормозного момента на валу двигателя создает вращающий момент, уравновешивающий тормозной момент. К общим недостаткам синхронных двигателей малой мощности относится отсутствие возможности регулировать реактивную мощность и запас устойчивости.
38.Характеристика х.х. ГПТ с независимым возбуждением
При снятии характеристики  U0= F(IВ) генератор работает в режиме х.х. (Ia = 0). Установив номинальную частоту вращения и поддерживая ее неизменной, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения Iв от нулевого значения до +Iв = Oa, при котором напряжение х.х. U0 = 1.15Uном . Получают данные для построения кривой 1 (рис. 28.2, б). Начальная ордината кривой 1 не равна нулю, что объясняется действием небольшого магнитного потока остаточного магнетизма, сохранившегося от предыдущего намагничивания машины. Уменьшив ток возбуждения до нуля, и изменив его направление, постепенно увеличивают ток в цепи возбуждения до -Iв = Oб. 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, т. е. уменьшают ток возбуждения от -Iв = Oб до Iв = 0, а затем увеличивают его до значения +Iв = Oa. В результате получают кривую 3, называемую восходящей ветвью характеристики х.х. Нисходящая и восходящая ветви характеристики х.х. 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. Зависимость U0= F(IВ)  дает возможность судить о магнитных свойствах машины.
39.Устройство и принцип действия шаговых эл.двигателя.
Шаговый двигатель может быть униполярным или биполярным. Он является электрическим и бесщеточным двигателем постоянно тока, способным делить полный оборот на несколько одинаковых шагов. В него входят такие детали: специальный контроллер для шагового привода; магнитные части; обмотки; приборная панель (она же выступает в роли блока управления); передатчики; сигнализаторы. Шаговый двигатель используется преимущественно для следующих целей: работы фрезерного станка; работы шлифовального станка; обеспечивает работу разных бытовых приборов; работы производственных механических средств; обеспечивает работу транспорта. Принцип работы привода Принцип работы данного привода выглядит следующим образом. При приложении напряжении к клеммам, щетки на самом шаговом двигателе начинают постоянно двигаться. Движок холостого хода имеет при этом уникальное свойство: он преобразовывает входящие импульсы, имеющие преимущественно прямоугольную направленность, в заранее обозначенное положение приложенного ведущего вала. Каждый из входящих импульсом способен переместить вал под определенным углом. Приборы, которые оснащены подобным редуктором, имеют максимальную эффективность при условии наличия нескольких зубчатых электромагнитов, которые находятся вокруг центрального железного куска, имеющего зубчатую форму. Внешняя цепь управления возбуждает электромагнит. При необходимости повернуть вал двигателя, тот электромагнит, к которому приложена энергия, притягивает к себе зубья колеса. Когда они выравниваются по отношению к электромагниту, они смещены по отношению к последующей магнитной части двигателя. Первый электромагнит выключается, а затем включается второй, после чего начинает вращаться шестеренка, выравниваясь при этом с предыдущим колесом. Затем такое действие повторяется необходимое количество раз. Каждое из таких вращений называют постоянным шагом, при этом скорость вращения шагового двигателя можно вычислить при подсчете количества шагов, нужных для полного его оборота. Чтобы контролировать работу шагового двигателя применяется специальный драйвер. Это необходимо в тех случаях, если вы настраиваете привод для работы станка или применяете его для запуска в работу ветрогенератора. Типы шаговых двигателей Шаговые двигатели подразделяются на такие типы: с наличием постоянного магнита; синхронный гибридный привод; переменный двигатель. Все они несколько отличаются друг от друга, в том числе и по принципам своей работы. Так, например, приводы с постоянными магнитами оснащены специальной магнитной деталью в роторе. Такие двигатели работают по принципу притяжения либо отталкивания статором и ротором мотора на основе электромагнита. Переменный двигатель имеет обычный железный ротор и работа его построена по принципу фундаментальности. Когда допускается минимальный уровень отталкивания с самым малым зазором, при этом точки ротора имеют притяжение к полюсам статора. А вот гибридный привод может сочетать в себе оба принципа работы, он считается наиболее дорогой моделью шаговых двигателей40.Характеристики генераторов постоянного тока.
Основными величинами, характеризующими работу генераторов постоянного тока, являются: вырабатываемая мощность Р, напряжение на выводахU, ток возбужденияIв,ток якоряIяили ток нагрузкиI, частота вращенияn.
Основными характеристиками, определяющими свойства генераторов, являются:
характеристика холостого хода — зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при постоянной частоте вращения:E =f(Iв) приI= 0 иn=nном=const;
внешняя характеристика — зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и постоянной частоте вращения:U=f(I) приRв =constиn=const;
регулировочная характеристика— зависимость тока возбужденияIвот тока нагрузкиI:Iв =f(I) при условии поддержания постоянного напряжения на выводах генератора (U=const) иn=nном=const.
Свойства и характеристики генератора постоянного тока зависят главным образом от схемы включения обмотки главных полюсов. По этому признаку генераторы делятся на генераторы независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения (рис. 3, а,б,в,гсоответственно). Последние три типа генераторов относятся к генераторам с самовозбуждением.
41 (25) .Устройство и принцип действия МПТ.
42 (1) .Классификация электрических контактов.
43. Конструкция машин постоянного тока.
Двигатели постоянного тока применяются:
- в электроприводах главного движения и подач металлорежущих станков, штамповочных машин, роботов и манипуляторов, прокатных станов металлургического производства, некоторых типов грузоподъемных механизмов;
- в тяговых электроприводах транспортных средств мощных тягачей различного назначения, трамваев, троллейбусов, тепловозов;
- в электроприводах роторов мощных снегоочистителей;
- как исполнительные элементы автоматических систем управления технологическими процессами и производственными установками.
left000Конструкция машин постоянного тока
Машины постоянного тока – обратимые. Они могут работать и как генератор и как двигатель. Конструктивно генераторы и двигатели постоянного тока устроены одинаково. На рис. 5.1 показан продольный разрез двигателя постоянного тока.
Рис. 5.1 -Общий вид двигателя постоянного тока:
1-коллектор, 2 - щеточный аппарат, 3 – якорь, 4 – главные полюса, 5 – катушка обмотки возбуждения, 6 – станина, 7 и 12 подшипниковые щиты, 8 - вентилятор, 9 – лобовые части обмотки статора, 10 - вал, 11-лапы
Машины постоянного тока состоит из двух основных частей: статора – неподвижной части и подвижной части – ротора. В машинах постоянного тока ротор называется якорем Основными конструктивными элементами машин постоянного тока (рис. 5.1) являются станина 6 с закрепленными на ней главными 4 и добавочными полюсами, вращающийся якорь 3 с обмоткой возбуждения 5 и коллектором 1 и щеточный аппарат 2. В машинах малой и средней мощностей станина одновременно служит и корпусом, к которому крепятся лапы 11 для установки машины, и частью магнитопровода. По ней замыкается магнитный поток. В большинстве машин станина выполнена массивной, из стальных труб, либо сварной из листов конструкционной стали. В ряде машин станину выполняют шихтованной. К внутренней поверхности станины крепят главные и добавочные полюсы. Сердечники главных полюсов массивные либо набраны из листов стали толщиной 1 — 2 мм. Сердечники добавочных полюсов, как правило, массивные. На главных полюсах располагаются обмотки возбуждения; их МДС создают рабочий поток машины. Обмотки добавочных полюсов, расположенных по поперечным осям машины, служат для обеспечения нормальной коммутации. Магнитопровод якоря шихтуется из листов электротехнической стали. В машинах малой мощности сердечник якоря насаживается непосредственно на вал со шпонкой и фиксируется в осевом направлении буртиком вала и кольцевой шпонкой. С торцов якоря для предотвращения распушения листов во время работы установлены нажимные шайбы, совмещенные с обмоткодержателями.
На валу 10 двигателя расположен якорь двигателя. Сердечник якоря представляет собой цилиндрический магнитопровод 6, в пазах которого расположена обмотка якоря 7. Якорь машины постоянного тока в настоящее время выполняется, как правило, барабанного типа. Он состоит из: сердечника якоря 4, набираемого из листовой электротехнической стали толщиной 0,35–0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов листы изолируются друг от друга лаковой или оксидной пленкой. На наружной поверхности сердечника якоря имеются пазы, равномерно распределенные по окружности, в которые укладывается обмотка якоря 5. Обмотка выполняется из специальных медных обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения. Элементы обмотки тщательно изолируются между собой и от сердечника и закрепляются в пазах при помощи клиньев или бандажей из стальной проволоки. Части обмотки, выступающие с торцов сердечника (лобовые соединения) крепятся бандажами. Секции обмотки якоря присоединены к коллектору 1. К нему же прижимаются пружинами неподвижные щетки 2. 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.
Обмотки якорей двухслойные. В машинах мощностью до 15 — 20 кВт они выполнены из круглого провода и уложены в полузакрытые пазы. В пазовых частях обмотка крепится пазовыми клиньями, в лобовых - бандажами из стеклоленты или немагнитной стальной проволоки, которые прижимают их к обмоткодержателям. В машинах большой мощности катушки обмотки якоря наматывают из прямоугольного провода и укладывают в открытые пазы. Крепление обмотки либо такое же, как и в машинах малой мощности, т. е. клиньями в пазовой и бандажами в лобовой части, либо бандажами и в пазовой, и в лобовой части. Обмотка якоря присоединяется к коллектору, закрепленному на валу машины. Обычно коллектор выполняется цилиндрического типа, реже торцевого. Продольный разрез цилиндрического коллектора приведен на рис. 5.2.
left000Рис. 5.2
1 - передний нажимной конус; 2 — пластины коллектора ; 3 — втулка коллектора; 4 — изоляционная манжета; 5 —задний нажимной конус
Коллектор состоит из коллекторных пластин (ламелей) 2, изолированных друг от друга и от элементов крепления миканитовыми прокладками и манжетами 4. С торцов пластины стягиваются нажимными конусами (фланцами) 5. Благодаря специальному выступу (ласточкину хвосту) пластины сжимаются между собой, образуя жесткую конструкцию. Затем коллектор обтачивается, чтобы его рабочая поверхность была строго цилиндрической. Для соединения обмотки якоря с внешней цепью служит щеточный аппарат. Обычно он состоит из щеточной траверсы с пальцами и щеткодержателей со щетками. Щеткодержатель состоит из обоймы, в которой располагается щетка, и нажимной пружины, прижимающей щетку к коллектору. Все одноименные щетки соединяются между собой сборными шинами, которые выводятся на зажимы машины, как концы обмотки якоря. Обмотка якоря впаивается непосредственно в выступающие части коллекторных пластин или при помощи специальных соединительных проводников (петушков), если разница в диаметрах коллектора и якоря велика. 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.
Кроме двигателей, имеющих два главных полюса, существуют машины постоянного тока с четырьмя и бόльшим количеством главных полюсов. При этом соответственно увеличивается количество дополнительных полюсов и комплектов щеток.
На корпусе также расположены табличка с паспортными данными и клеммная коробка. Клеммы на щитке коробки маркируются: начало и конец обмотки якоря А1 и А2; параллельной обмотки возбуждения – Е1 и Е2 , обмотки дополнительных полюсов – В1 и В2 .
44 (32) .Основные изолирующие материалы ЭМ.
45.Классификация МПТ по способу возбуждения.
1. Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения.
Для работы генератора необходимо наличие в нем магнитного поля. В зависимости от способа создания магнитного поля все генераторы постоянного тока (ГПТ) делят на:1 - генераторы с независимым возбуждением: - электромагнитные, где поле создается специальной обмоткой,
- магнитоэлектрические, где поле создается с помощью постоянных магнитов;
2 - генераторы с самовозбуждением:- параллельного возбуждения,- последовательного возбуждения,- смешанного возбуждения.
Свойства генераторов анализируют с помощью характеристик, устанавливающих зависимости между основными величинами, определяющими работу генератора. Таковыми являются:- напряжение на зажимах, U, B;- ток нагрузки, I, A;- ток возбуждения, Iв, А;- полезная электрическая мощность, Р , Вт;
- частота вращения якоря n, мин . Номинальные значения этих величин входят в паспортные данные всех генераторов постоянного тока. Можно указать и ряд дополнительных величин, например, число пар полюсов Р, сопротивления обмоток Rя, Rш, Rc и т.п. Основную группу характеристик снимают при неизменной частоте вращения якоря.
Основными характеристиками ГПТ являются:
1. Характеристика холостого хода Uo = f(Iв); I = 0;(Uo - напряжение холостого хода генератора).
2. Внешняя характеристика U = f(I); Rв = 0;(Rв - сопротивление реостата в цепи возбуждения).
3. Регулировочная характеристика Iв = f(I); U = Uном;(Uном - номинальное напряжение генератора).
2. Генераторы независимого, параллельного и смешанного возбужденияи внешние характеристики.
При независимом возбуждении (рис.38) обмотка возбуждения (ОВ) питается от независимого источника постоянного тока.
Рис.38
Независимое возбуждение генераторов применяют в случае необходимости регулирования в широких пределах тока возбуждения Iв и напряжения на зажимах машины. У генераторов с независимым возбуждением
Iя = Iн Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора. Генератор с параллельным возбуждением (рис.39 ) Iя = Iн + IвРис.39 У мощных машин Iв составляет 1-3% тока якоря Iя, у малых машин до нескольких десятков процентов.
Генератор со смешанным возбуждением (рис.40 )Основной обычно является параллельная обмотка. Последовательная обмотка подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки Iн, чем компенсирует падение напряжения в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.Iя = Iн + Iв.
Способ возбуждения генератора определяет его свойства и характеристики.
Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением имеет вид кривой намагничивания сердечника В = f(H) и повторяет ее петлю гистерезиса (кривая 1 - восходящая ветвь, 2 - нисходящая ветвь). Еост соответствует Фо - остаточному магнитному потоку.
Внешняя характеристика ГПТ с независимым возбуждением имеет падающий характер, т.к. вследствие реакции якоря магнитный поток Ф ослабляется при увеличении Iя. Следовательно уменьшается Е, что вызывает дополнительное снижение U.
U = E - Rя Iя. Регулировочная характеристика имеет восходящий характер, т.к. чтобы поддержать U = const при любой нагрузке, необходимо при увеличении Iя увеличить Е так, чтобы U = E - Rя Iя = const.
Величина Е регулируется с помощью изменения Iв (а следовательно Ф).
У генераторов с параллельным возбуждением характеристики холостого хода и регулировочная практически не отличаются от соответствующих характеристик ГПТ с независимым возбуждением.
Внешняя характеристика по сравнению с характеристикой ГПТ с независимым возбуждением пойдет ниже, т.к. уменьшение U будет вызываться не только падением напряжения на якорной обмотке(RяIя) и реакцией якоря, но и еще уменьшением Ф, т.к. Iв = U / Rв. Более того при достижении Iя величины Iкр = (2 - 3) Iяном ток якоря начнет уменьшаться с уменьшением Rн, т.к. магнитная цепь будет ненасыщенной и уменьшение U будет происходить быстрее, чем уменьшение Rн. При Rн = 0 (режим К.З.) Iя обычно не превышает номинального значения и определяется величиной Еост.
Для ГПТ со смешанным возбуждением характеристика холостого хода совпадает с характеристикой холостого хода ГПТ с параллельным возбуждением. Вид внешней характеристики определяется способом включения обмоток возбуждения ГПТ. При согласном включении обмоток параллельной (шунтовой) и последовательной (сериесной) магнитные потоки суммируются, внешняя характеристика пойдет выше характеристики ГПТ с параллельным возбуждением, т.к. уменьшение Фш и реакция якоря будет компенсироваваться увеличением Фс. Подбором числа витков обмоток можно добиться равенства Uхх = Uном, что позволит обеспечить стабильность напряжения.
При встречном включении обмоток Ф = Фш - Фс и характеристика получается круто падающей. Достоинством ГПТ со встречным включением обмоток является то, что он не боится коротких замыканий в цепи нагрузки.
Регулировочные характеристики ГПТ со смешанным возбуждением имеют вид, представленный на рис. .Кривая 1 - с нормально рассчитанной последовательной обмоткой.
Кривая 2 -при усиленной последовательной обмотке.
Кривая 3 - при последовательной обмотке с меньшим числом витков.
46 (23) .Угловая характеристика СМ.
47.Схема замещения цепи якоря ГПТ и уравнение баланса мощностей.
Для расчета и анализа электромагнитных процессов и характеристик ма- шин постоянного тока необходимо моделирование машины с помощью элек- трической схемы замещения и соответствующих уравнений электрического со- стояния. При составлении схемы замещения необходимо отразить основные про- цессы, происходящие в якоре МПТ. В частности, обмотка якоря выполненная из провода конечных размеров (диаметр и длина) обладает определенным ак- тивным сопротивлением RЯ. Это обусловливает падение напряжения в обмотке якоря и безвозвратную потерю энергии в виде тепла как в генераторе, так и в двигателе. Сопротивление обмотки якоря учитывается в схеме замещения иде- альным резистором с сопротивлением RЯ. Двигатель постоянного тока В двигателе постоянного тока при вращении якоря в его обмотке индуци- руется ЭДС, направленная навстречу току и частично уравновешивающая при- ложенное напряжение. Это учитывается введением в схему замещения идеаль- 18 ного источника ЭДС величиной EЯ. Таким образом, напряжение источника, приложенное к обмотке якоря двигателя, уравновешивается падением напряже- ния на сопротивлении RЯ и величиной противоэдс EЯ: я яRя U = E + I . (4) Уравнение (4) называют уравнением электрического состояния цепи яко- ря двигателя постоянного тока. Соответствующая такому уравнению электрического состояния схема за- мещения показана на рис. 13. Рис. 13. Схема замещения двигателя постоянного тока Умножив обе части уравнения (4) на ток IЯ, получим уравнение мощно- стей ДПТ: я 2 UI я = Eя I я + I я R , (5) или Pэл = ∆Pя + Pэм , (6) где Pэл =UI я - электрическая мощность, потребляемая якорем двигателя от источника электроэнергии; я 2 ∆Pя = I я R - электрические потери мощности в обмотке якоря; эм я я P = E I - электромагнитная мощность двигателя, преобразуемая в механическую. Генератор постоянного тока При работе МПТ в режиме генератора ток в приемнике и в обмотке якоря обеспечивается за счет ЭДС якоря, наводимой магнитным полем возбуждения. Эта ЭДС создает напряжение на зажимах генератора и компенсирует падение 19 напряжения в обмотке якоря. Уравнение электрического состояния ГПТ имеет вид: я я я E = U + R I , (7) а соответствующая схема замещения показана на рис. 14. Рис. 14. Схема замещения генератора постоянного тока Уравнение мощностей ГПТ получается в виде: 2 я я я я я E I =UI + R I , (8) или Pэм = Pэл + ∆Pя , (9) где я я P E I эм = - электромагнитная мощность, получаемая в результате преоб- разования механической энергии в электрическую; 2 я я я ∆P = R I - электрические потери мощности в обмотке якоря; Pэл = UI я - электрическая мощность, отдаваемая приемнику во внешнюю элек- трическую цепь.
48 (35) .Рабочие характеристики СД.
49 (47) . Сх. замещ-ия цепи якоря ДПТ и ур-ие баланса мощностей
50 (13) . Хар-р взаимодейст. полей статора и ротора СМ.

Приложенные файлы

  • docx 9546577
    Размер файла: 996 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий