Главная  Занятия по машиноведению 

1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Электродвигатели с последовательным возбуждением широко применяются в электрическом транспорте, например в трамвае, троллейбусе, а также в подъемных кранах. В этих механизмах требуется большой вращающий момент при трогании с места.

Основное достоинство электродвигателей постоянного тока - это возможность плавной регулировки частоты вращения в широких пределах. Для снижения последней включают регулировочные сопротивления в цепь якоря и тем снижают подводимое напряжение. Для повышения частоты вращения сверх номинальной ослабляют магнитное поле электродвигателей сопротивлениями в цепи возбуждения.

2-3. потери энергии в электродвигателе и к. п. д.

При работе электродвигателя часть подведенной энергии затрачивается на потери в самом двигателе. Эти потери разделяются на электрические, магнитные и механические.

Из электротехники известно, что если по проводнику проходит ток, то происходит затрата энергии и проводник нагревается. Эти потери пропорциональны квадрату силы тока и сопротивлению проводника. Для снижения электрических потерь обмотки выполняют из медных проводов, так как медь обладает высокой электропроводностью. Другим средством снижения электрических потерь является увеличение сечения проводников. Но это ведет к увеличению размеров и массы электродвигателя. Поэтому сечение проводников обмоток выбирают из расчета, чтобы нагрев их не превышал допустимой температуры нагрева изоляционных материалов.

Но электрические потери энергии имеют место не только в проводниках обмоток электродвигателя, но и на коллекторе. Дело в том, что в контакте между щетками б коллекторными пластинами происходит падение напряжения около 2 В на пару щеток. Произведение тока якоря на падение напряжения выражает электрические потери на коллекторе.

Магнитные потери в электродвигателях постоянного тока выделяются в сердечниках якоря. При вращении якоря в магнитном поле будут наводиться э. д. с. не только в проводниках его обмотки, но и в самом стальном сердечнике, так как якорь пересекает линии магнит-


ного поля. На рис. 2-5, а видно, что под северным полюсом э. д. с. направлены в одну сторону, а под южным - в другую. Поэтому внутри якоря появятся токи, которые называют вихревыми токами. Ввиду того, что якорь имеет малое сопротивление, вихревые токи могут достигать большой величины. Для уменьшения потерь энергии от вихревых токов сердечник якоря собирают из тонких листов, изолированных один от другого слоем


Рис. 2-5. Вихревые токи в якоре, а - в массивном якоре; б - в расслоенном якоре.

лака. На рис. 2-5, б показано, что при разделении якоря на тонкие слои вихревые токи значительно снижаются. Другим средством снижения потерь от вихревых токов является увеличение удельного сопротивления материала якоря. Поэтому сердечники электрических машин штампуют из листов электротехнической стали, в состав которой вводят добавку кремния от 1 до 3%.

Выделим на якоре продольную полоску и проследим ее путь при вращении якоря. Она будет пробегать то под северным, то под южным полюсом и каждый раз происходит ее перемагничивание. Как известно из физики, при этом возникают потери энергии, называемые потерями на гистерезис. Их можно уменьшить, применяя для якоря мягкую сталь, подвергнутую специальной обработке для снижения остаточного магнетизма.

Магнитные потери растут с увеличением индукции и частоты. Как было сказано в § 2-1, в якоре электродвигателя постоянного тока проходит переменный ток. Частоту его /, Гц, можно определить по формуле

/ = Р /60, (2-3)



где р - число пар полюсов;- п - частота вращения якоря, об/мин.

Из этого следует, что при расчетах электродвигателей индукцию в стальных сердечниках надо ограничить определенными пределами, особенно при большой частоте тока якоря. В корпусе и в сердечниках полюсов электродвигателей постоянного тока нет магнитных потерь, поэтому они могут быть выполнены из массивных кусков стали.

Механические потери затрачиваются на трение в подшипниках, трение щеток о пластины коллектора и якоря о воздух. В электродвигателях малой мощности при больших частотах вращения механические потери составляют значительную часть общих потерь.

Коэффициент полезного действия электродвигателя представляет собой отношение полезной мощности Р к потребляемой Ри выраженное в процентах:

n = -100o/o. Pi

(2-4)

В электродвигателях малой мощности к. п. д. резко падает. Как видно из графика рис. 4-2, для электродвигателя постоянного тока мощностью 2 Вт к. п. д. составляет 10%. Это значит, что 90% подводимой мощности затрачивается на потери в самом электродвигателе. С увеличением мощности к. п. д. быстро растет и при мощности 20 Вт достигает уже 45%.

2-4. коллекторные электродвигатели переменного тока

Обратимся снова к электродвигателю постоянного тока (рис. 2-2). Проделаем такой опыт: присоединим к зажимам электродвигателя батарейку карманного фонаря, а когда якорь начнет вращаться, быстро перевернем батарейку так, что теперь она будет касаться зажимов электродвигателя другими пластинками. На первый взгляд кажется, что якорь будет вращаться в обратную сторону. Но, проделав этот опыт, вы убедитесь, что якорь электродвигателя будет вращаться в ту же сторону. Ведь при перевертывании батарейки изменилась полярность ее пластинок, приключаемых к зажимам электродвигателя. Следовательно, изменилось направление тока и в якоре и в обмотке возбуждения. По правилу левой руки направление вращения якоря сохранится прежним.


Рис, 2-6. Статор коллекторного электродвигателя.

/ - катушка; 2-полюсный наконечник; 3заклепка.

Непрерывное переключение батарейки равносильно тому, что электродвигатель питается переменным током. Разница только в том, что у такого переменного тока очень малая частота, так как перевернуть батарейку можно успеть 3-5 раз в секунду, а переменный ток меняет направление 100 раз в секунду.

Теперь присоединим к зажимам электродвигателя два проводника от понижающего трансформатора с таким же напряжением, как у батарейки. Электродвигатель будет работать, хотя якорь его будет вращаться несколько медленнее, чем при питании постоянным током, так как при переменном токе появилось индуктивное сопротивление обмоток электродвигателя.

Если через 10-15 мин прикоснуться рукой к его корпусу, то заметим, что он нагрелся. При работе от батарейки этого не было. Дело в том, что при питании переменным током появились потери в стенках корпуса и в полюсах от вихревых токов и перемагничи-вания переменным потоком. Чтобы снизить эти потери, корпус и полюсы однофазного коллекторного электродвигателя переменного тока собирают из штампованных листов электротехнической стали, изолированных один от другого пленкой лака и скрепленных заклепками (рис. 2-6). Чтобы избавиться от заклепок, часто прибегают к склеиванию листов клеем БФ-2, о чем будет сказано в гл. 5. Якорь однофазного коллекторного электродвигателя ничем не отличается от якоря электродвигателя постоянного тока.

На рис. 2-6 листы статора выштампованы вместе с полюсами. При такой форме листов статора катушки наматывают отдельно от статоров на намоточных шаблонах, затем их изолируют лентами и надевают на полюсы. Для того чтобы катушка могла пройти через полюсный наконечник 2, она должна быть шире, чем сердечник полюса. Сначала надевают на полюс одну сторону катуш-



ки, а когда она войдет на свое место, натягивают через полюсный наконечник другую сторону. После этого стороны катушки прижимают к боковым сторонам полюса, а между торцами статора и катушкой остается воздушный промежуток. Катушки удерживаются на полюсах отогнутыми крайними листами сердечника, у которых срезаны углы полюсных наконечников.

На рис. 2-7 показана другая конструкция статора с магнитной системой не замкнутой, а открытой формы подковообразного магнита. Это также двухполюсный статор, но катушка у него одна. Такую катушку наматы-


Рис. 2-7. Статор коллекторного электродвигателя.

/ -изоляционная гнльза; - фланец; 3 -катушка.

вают непосредственно на сердечник статора, изолировав его предварительно изоляционной гильзой / и двумя фланцами 2. Такая конструкция имеет преимушества прн изготовлении самодельных электродвигателей, так как листы статора имеют более простую форму.

Коллекторные электродвигатели переменного тока выполняются только с последовательным возбуждением, так как катушки параллельного возбуждения имели бы при переменном токе слишком большое индуктивное сопротивление. Механическая характеристика однофазного электродвигателя подобна характеристике электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением (см. рис. 2-4). Поэтому их применяют в тех случаях, когда от электродвигателя требуются большой пусковой момент и высокая перегрузочная способность.

J г S его;

Коллекторные электродвигатели могут быть рассчитаны на любую частоту вращения, в то время как асинхронные электродвигатели при питании переменным током частотой 50 Гц имеют максимальную синхронную частоту вращения 3 000 об/мин. Это свойство делает коллекторные электродвигатели незаменимыми для таких бытовых приборов как пылесосы. Коллекторные электродвигатели в 2-3 раза легче асинхронных однофазных двигателей.

Коллекторные электродвигатели могут быть выполнены на низкое напряжение с питанием от понижающего трансформатора и на напряжение сети 127 или 220 В. Двигатели низкого напряжения в целях снижения опасности поражения электрическим током применяются в движущихся игрушках (электрические железные дороги, подъемные краны). Электродвигатели, питаемые от сети переменного тока, используются в пылесосах, швейных машинах, электробритвах и других электробытовых приборах.

Итак, коллекторный электродвигатель, у которого магнитная система выполнена из штампованных листов, может питаться током от сети постоянного или переменного тока. Но номинальные данные такого электродвигателя будут различными в зависимости от рода тока. Для того чтобы получить электродвигатель с примерно одинаковыми номинальными данными при питании его от сети постоянного или переменного тока, обмотку возбуждения выполняют с дополнительным выводом. При работе от сети постоянного тока включают все витки катушек возбуждения, а при питании переменным током только часть витков (рис. 2-8). Такие электродвигатели называются универсальными.

Коллекторные электродвигатели переменного тока, так же как и электродвигатели постоянного тока, легко поддаются плавному регулированию частоты вращения в широких пределах. Обычно регулирование выполняется включением переменного сопротивления в один из проводов, соединяющих электродвигатель с источником питания.

Рис. 2-8. Схема универсального коллекторного электродвигателя.




1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28