Регулировка частоты вращения
Регулировку частоты вращения АД в основном производят с помощью полупроводниковых преобразователей частоты питающего напряжения. В связи с развитием производства силовых полупроводниковых приборов применение АД с такими преобразователями расширяется. Это позволяет применять АД там, где они раньше не использовались, например, в электровозах. Преобразователи частоты используются также и для пуска АД.
В некоторых случаях АД периодически подключают к сети на несколько периодов питающего напряжения, а затем отключают на несколько периодов. Пульсации момента при этом сглаживаются за счет момента инерции двигателя и рабочих механизмов.
Скорость АД с фазным ротором можно регулировать изменением сопротивления реостатов в цепи ротора, но это снижает к.п.д. двигателя. В этом случае реостаты должны выдерживать длительное включение.
Существуют двигатели, у которых переключение секций обмоток статора позволяет изменять число пар полюсов. Это переключение обеспечивает ступенчатое изменение частоты вращения. Такие двигатели применяются довольно редко.
Тормозные режимы
Иногда механизмы нужно не только вращать, но и время от времени тормозить. Механические тормоза быстро изнашиваются и не позволяют использовать энергию торможения. Кроме того, они представляют собой дополнительные конструкции, а двигатели есть в электроприводах в любом случае. Поэтому двигатели удобно применять и в качестве тормозов.
Генераторный режим
Обмотки статора, как обычно, подключаются к трехфазной сети. Двигатель вращается в ту же сторону, что и в режиме холостого хода, но быстрее, чем в режиме холостого хода ( 
, 
, рис. 2.11). Энергия торможения через магнитное поле и обмотки статора отдается в сеть, где она может быть истрачена с пользой.
Динамический режим
Обмотки статора подключаются к низковольтному источнику постоянного напряжения. Токи обмоток статора создают в двигателе постоянное магнитное поле. Как и в двигательном режиме, при вращении магнитного поля внутри ротора в его обмотке наводятся вихревые токи. Поэтому по закону Ампера со стороны магнитного поля статора на ротор действуют силы, создающие тормозной момент (рис. 2.12). Энергия торможения выделяется в роторе в виде тепла. Торможение возможно на малых скоростях. Регулируя ток в обмотках статора, можно изменять тормозной момент.
Другие режимы
Рис. 2.11. Механическая характеристика АД с короткозамкнутым ротором для положительных и отрицательных значений скольжения.
|
Рис. 2.12. Тормозной момент АД с короткозамкнутым ротором в зависимости от частоты вращения ротора в режиме динамического торможения.
|
Возможны также другие тормозные режимы, например, конденсаторный, при котором обмотки статора подключаются к конденсаторам, и противовключение, при котором двигатель подключается к сети, но вращается в сторону, противоположную направлению вращения в режиме холостого хода. Эти режимы применяются реже, т.к. приводят к дополнительному выделению энергии в обмотках статора, что обычно нежелательно.
3. Машины постоянного тока
Двигатели и генераторы постоянного тока имеют одну конструкцию, поэтому носят общее название "машины постоянного тока" (МПТ). Двигателем или генератором машина становится в зависимости от режима работы.
Рис. 3.1. Схематический поперечный разрез МПТ с двумя парами полюсов.
|
Рис. 3.2. Продольный разрез якоря.
|
Рис. 3.3. Схема соединения обмоток якоря с пластинами коллектора и щетками. Знаками "+" и "–" отмечено подключение щеток к источнику питания. Для простоты показано небольшое количество секций обмотки.
|
Общая характеристика двигателей
Основные достоинства: легкость регулировки скорости, большой пусковой момент, большая перегрузочная способность.
Основные недостатки: относительная дороговизна и сложность конструкции, необходимость обслуживания коллекторно-щеточного узла, а также его износ и искрение.
Основная область применения: регулируемый привод постоянного тока.
Общая характеристика генераторов
Генераторы постоянного тока (ГПТ)- это регулируемые источники постоянного напряжения. Их применяют в качестве источников питания бортовой сети транспортных средств, а также в промышленности для питания двигателей постоянного тока и других устройств. Некоторые ГПТ позволяют получить большие токи, необходимые, например, для питания электролитических ванн или электросварки.
В настоящее время вместо ГПТ все чаще применяют полупроводниковые выпрямители, в том числе управляемые. Для их питания используют промышленную сеть или автономные синхронные генераторы.
Устройство МПТ
МПТ состоит из неподвижного статора и вращающегося внутри него ротора. Статор МПТ иногда называют индуктором, а ротор чаще всего называют якорем. Цилиндрический стальной корпус статора одновременно служит магнитопроводом. Изнутри к нему крепятся главные полюса с обмотками возбуждения, а также дополнительные полюса со своими обмотками.
Для подавления вихревых токов стальной сердечник якоря набирается из отдельных изолированных пластин. В его пазах укладывается обмотка (рис. 3.1).
Коллектор расположен на валу машины. Он состоит из изолированных медных пластин, составляющих цилиндрическую поверхность. К этой поверхности прижимаются графитовые щетки, закрепленные на статоре. К пластинам коллектора подключены секции обмотки якоря (рис. 3.2, 3.3).
Принцип действия МПТ
Ток в обмотках возбуждения создает основное магнитное поле машины. В этом поле находятся проводники обмотки якоря, по которым течет ток. На них действует сила Ампера. Она действует также и на носители микротоков, возбуждаемых токами обмотки якоря на поверхности его сердечника. Эта сила создает вращающий момент двигателя или момент сопротивления генератора.
Обмотки якоря движутся в магнитном поле статора. Согласно закону электромагнитной индукции это приводит к возникновению в них ЭДС, которая называется ЭДС вращения Она создает напряжение и ток якоря ГПТ. В режиме двигателя она направлена противоположно ЭДС источника питания и компенсирует большую часть его напряжения.
Вращаясь, пластины коллектора поочередно подключают к щеткам секции обмотки якоря. Это происходит так, что в проводниках, расположенных под каждым из основных полюсов, ток все время течет в одном направлении и создает постоянный крутящий момент. В режиме генератора коллекторно-щеточный узел работает как механический выпрямитель, обеспечивая практически постоянное напряжение на щетках.
Дополнительные полюса устраняют искажение основного магнитного поля, возникающее от токов обмотки якоря. В обмотках дополнительных полюсов течет ток якоря. В машинах малой мощности дополнительные полюса не устанавливают.
Классификация по способам возбуждения. Механические характеристики двигателей и внешние характеристики генераторов.
Конструкции МПТ и их характеристики различаются в зависимости от способа подключения обмоток возбуждения.
Механической характеристикой двигателя называется зависимость его частоты вращения и момента. Внешней характеристикой генератора называется зависимость его напряжения от тока нагрузки. Характеристикой холостого хода генератора называется зависимость напряжения холостого хода от тока возбуждения. Регулировочной характеристикой генератора называется зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при условии постоянного напряжения генератора.