26. Физическая и геометрическая нейтрали машин постоянного тока.
Физическая нейтраль — линия, проходящая через центр якоря и проводники обмотки якоря, в которых индуцируемая результирующим магнитным потоком э. д. с. равна нулю, поворачивается на угол а по отношению к геометрической нейтрали (в сторону опережения у генераторов, в сторону отставания — у двигателей). При холостом ходе физическая нейтраль совпадает с геометрической.
Геометрическая нейтраль п — п — линия, перпендикулярная оси полюсов и разделяющая на дуге якоря области северного и южного полюсов, совпадает в этих условиях с физической нейтралью — линией, проходящей через точки окружности якоря, где магнитная индукция равна нулю. Щетки, условно показанные опирающимися на якорь ( хотя фактически они установлены на коллекторе), находятся на геометрической нейтрали.
27. Применение дополнительных полюсов.
Наладка коммутации методом подпитки дополнительных полюсов. Ввиду сложности теоретического анализа коммутационных процессов окончательная настройка коммутации МПТ осуществляется экспериментально, по данным визуального контроля степени искрения. Схема испытательной установки (рис. 2.9 – а) помимо испытуемой машины М1 с основной обмоткой возбуждения ОВ1 и обмоткой дополнительных полюсов ОДП включает в себя вспомогательный ГПТ М2 с регулируемым токов возбуждения, обмотка якоря которого подключается параллельно ОДП, и измерительные приборы.
Рисунок 2.9 — Схема испытательной установки (а) и кривые подпитки дополнительных полюсов МПТ (б – д)
Ток в обмотке дополнительных полюсов регулируется путем изменения тока возбуждения генератора, и равен алгебраической сумме тока якоря и тока подпитки: 
. Методика испытаний заключается в следующем.
В режиме холостого хода М1 устанавливаются токи подпитки ±ΔI, при которых наблюдается допустимая степень искрения.
М1 последовательно нагружается, а токи ±ΔI регулируются таким образом, чтобы степень искрения оставалась неизменной.
Снимаются кривые подпитки ±ΔI = f(Ia), по которым судят об условиях коммутации.
Если при любых значениях тока якоря при неизменной степени искрения соблюдается равенство: 
(рис. 2.9 – б), МДС добавочных полюсов обеспечивает нормальную коммутацию.
Характеристики, показанные на рис. 2.9 – в указывают на недостаточную величину МДС добавочных полюсов, а характеристики на рис. 2.9 – г – на их насыщение.
Если кривые подпитки имеют вид, показанный на рис. 2.9 – д, МДС дополнительных полюсов избыточна.
28. Машины постоянного тока в режиме генератора.
Свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток
где U — напряжение на зажимах генератора; Rя — сопротивление обмотки якоря.
(11.2)
Уравнение (11.2) называется основным уравнением генератора. С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы. На рис. 11.5 схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки.
Воспользовавшись правилом левой руки,
видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент Мэм, препятствующий вращению якоря генератора. Чтобы машина работала в качестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь, преодолевая тормозной электромагнитный момент.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Источник
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам
22.02.2015
Намагничивание электрических машин и способы определения нейтрали
Намагничивание электрических машин (генераторов) приходится производить в тех случаях, когда по тем или иным причинам генератор оказывается либо совершенно размагниченным и при пуске в ход не развивает напряжения, либо перемагниченным, т. е. изменившим полярность на обратную.
Размагничивание или перемагничивание генераторов может произойти вследствие неполадок при параллельной работе генераторов, когда по обмоткам возбуждения может пройти ток обратного направления, ошибок в соединениях обмоток при сборке машин после их чистки или промывки, внезапного короткого замыкания, а также по другим причинам.
Восстановить остаточный магнетизм магнита генератора или придать ему направление, требующееся для восстановления нормальной полярности генератора, можно только намагничиванием.
Намагничивание генератора может производиться от постороннего источника пониженного напряжения (обычно от аккумуляторной батареи) или от судовой сети нормального напряжения, на которую работает другой генератор.
В первом случае параллельную обмотку неподвижного (остановленного) и отключенного от шин генератора присоединяют к концам проводов, подведенных от аккумуляторной батареи, и пропускают ток. Затем эти провода отсоединяют, и генератор пускают в ход первичным двигателем. Если при этом окажется, что генератор получил требующуюся полярность, намагничивание можно считать законченным. Если же полярность оказывается неправильной, операцию намагничивания необходимо повторить, поменяв местами концы проводов, приключаемые к параллельной обмотке, т. е. пропустив по ней ток в другом направлении.
При намагничивании генератора от судовой сети ток в параллельную обмотку неподвижного (остановленного) и отключенного от шин генератора подается обычно с шин главного распределительного щита при помощи регулятора возбуждения. После этого генератор пускают в ход и медленно вращают рукоятку регулятора возбуждения, пока генератор не разовьет нормального напряжения. Затем питание обмотки от шин щита прекращают. Если окажется, что генератор получил при этом неправильную полярность, намагничивание приходится повторить, поменяв местами концы проводов, подающих параллельной обмотке питание от шин.
Для параллельно работающих генераторов смешанного возбуждения схемой главного распределительного щита предусматриваются постоянные устройства для намагничивания, так как в таких генераторах более часты случаи перемагничивания вследствие наличия на магнитах последовательной обмотки.
Неисправностью электрических машин, приводящей в некоторых случаях к перемагничиванию, является неправильное положение щеток по отношению к геометрической нейтрали, т. е. к линии, которая делит пополам расстояние между двумя соседними полюсами магнитов.
В машинах, которые для устранения вредного действия реакции якоря снабжены добавочными полюсами или компенсационными обмотками, щеточные траверзы устанавливают таким образом, чтобы щетки находились на нейтрали. В машинах, которые не имеют ни добавочных полюсов, ни компенсационных обмоток и в которых вредное действие реакции якоря ослабляется до некоторой степени сдвигом щеток с нейтрали, щеточные траверзы устанавливают таким образом, чтобы щетки были смещены с нейтрали на определенное расстояние (у генераторов — в сторону вращения якоря, у двигателей — в противоположную сторону). Правильное положение щеточной траверзы определяется на заводе-изготовителе. На машине делают отметки, указывающие точное положение щеточной траверзы, необходимое для нормальной работы машины.
Если такой отметки почему-либо нет или если во время ремонта обмоток (при перемотке машины) пришлось изменить заводские данные обмотки, необходимо определить правильное положение щеток, т. е. определить нейтраль генератора (когда речь идет о генераторе с добавочными полюсами или с компенсационной обмоткой) или надлежащее смещение щеток с нейтрали (когда речь идет о генераторе без добавочных полюсов или компенсационной обмотки).
Существует ряд способов определения правильного положения щеток. Большинство электрических машин, применяемых на судах, снабжено добавочными полюсами. Поэтому ниже указаны способы отыскания нейтрали у машин с добавочными полюсами.
У генераторов параллельного возбуждения и генераторов смешанного возбуждения, не работающих параллельно, положение нейтрали можно определить с достаточной для практики степенью точности по способу «наибольшего напряжения». Генератор пускают в ход вхолостую и при помощи реостата возбуждения доводят напряжение на зажимах до нормального. Далее, не меняя положения рукоятки реостата, передвигают щеточную траверзу в ту и другую сторону и следят за показанием точного вольтметра, приключенного к зажимам генератора. Положение щеточной траверзы, при котором напряжение генератора оказывается наибольшим, можно принять за нормальное, т. е. считать щетки установленными на нейтрали.
У электродвигателя положение нейтрали можно определить с достаточной для практики точностью следующим образом. Двигатель пускают в ход вхолостую и при некотором положении щеточной траверзы измеряют число его оборотов. Затем, не сдвигая щеточной траверзы, изменяют направление вращения двигателя (переключением параллельной обмотки) и опять измеряют число оборотов. Если окажется, что при данном положении траверзы числа оборотов двигателя в обоих направлениях вращения одинаковы, можно считать щетки расположенными на нейтрали. В противном случае необходимо передвинуть щеточную траверзу и вновь повторить измерения чисел оборотов при обоих направлениях вращения. Передвигая траверзу в ту или иную сторону, надо добиться такого ее положения, при котором числа оборотов двигателя в обоих направлениях вращения окажутся одинаковыми, — это и будет соответствовать правильному положению щеток на нейтрали.
У параллельно работающих генераторов смешанного возбуждения определение нейтрали должно производиться более точным способом, так как даже небольшая неточность в установке щеток может стать причиной перемагничивания генераторов.
Излагаемый ниже точный индуктивный метод определения нейтрали применим и для генераторов, и для электродвигателей. Этот метод (рис. 1) состоит в следующем:
а) установленному и отключенному от сети генератору или электродвигателю дают возбуждение током пониженного напряжения (20—50% нормального) от аккумуляторов или от судовой сети (через реостат);
б) присоединяют к зажимам якоря достаточно точный (желательно, двусторонний, т. е. с нулем посередине шкалы) вольтметр со шкалой на 3—5 В;
в) быстро замыкая и размыкая цепь возбуждения (благодаря чему в якоре индуктируется электродвижущая сила), находят такое положение щеток (передвигая траверзу), при котором стрелка вольтметра не отклоняется;
г) меняют направление тока в обмотке возбуждения и опять проверяют, не отклоняется ли стрелка вольтметра при быстрых замыканиях и размыканиях цепи возбуждения.
Отсутствие отклонения стрелки вольтметра, проверенное при любом направлении тока в обмотке возбуждения, указывает на правильное, точно на нейтрали, расположение щеток.
Источник
Электрическая нейтраль генератора постоянного тока
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА ТЕПЛОВОЗА
Принцип действия генератора тепловоза. Нейтраль. Компенсационная обмотка
Выше был рассмотрен электрический генератор, состоящий из постоянных магнитов и одного или нескольких витков, в которых возникает ток. Для практических целей такие генераторы непригодны, так как от них невозможно получить большую мощность. Объясняется это тем, что создаваемый постоянным магнитом магнитный поток очень мал. Кроме того, пространство между полюсами создает для магнитного потока значительное сопротивление. Магнитный поток еще более ослабляется. Поэтому в мощных генераторах, к которым относятся и тепловозные, применяются электромагниты, создающие сильный магнитный поток возбуждения (рис. 136). Для уменьшения магнитного сопротивления магнитопровода генератора витки обмотки размещают на стальном цилиндре, который заполняет почти все пространство между полюсами.
Этот цилиндр с помещенной на нем обмоткой и коллектором называется якорем генератора.
Обмотка возбуждения генератора расположена на сердечниках главных полюсов. При прохождении по ней тока создается магнитное поле, называемое полем главных полюсов. При разомкнутой внешней цепи генератора магнитные силовые линии располагаются в полюсах и якоре симметрично вертикальной оси (рис. 137, а).
Для уяснения особенностей работы электрической машины введем понятия о геометрической и физической нейтралях.
Рис. 136. Схема генератора с электромагнитной системой возбуждения и стальным массивным якорем
Геометрической нейтралью называется линия, проведенная через центр якоря перпендикулярно оси противоположных полюсов (горизонтальная линия O1—Oi). Физическая нейтраль представляет собой условную линию, которая разделяет зоны влияния северного и южного полюсов на обмотку якоря и проходит перпендикулярно направлению магнитного потока электромашины.
В проводнике обмотки, который при вращении якоря проходит физическую нейтраль, э.д.с. не индуктируется, так как такой проводник скользит вдоль магнитных силовых линий, не пересекая их. В случае отсутствия тока в якоре (см. рис. 137, а) физическая нейтраль n — n совпадает с геометрической нейтралью.
При замыкании внешней цепи электрической машины ток пойдет и по обмотке якоря. Весь якорь в этом случае будет представлять собой мощный электромагнит, состоящий из стального сердечника и обмотки, по которой проходит ток. Следовательно,
кроме потока полюсов, в нагруженном генераторе существует второй магнитный поток, называемый потоком якоря (рис. 137, б). Магнитный поток якоря направлен перпендикулярно потоку главных полюсов. Оба магнитных потока накладываются друг на друга и образуют суммарное, или результирующее, поле, показанное на рис. 137, в. Направление магнитного поля генератора в результате действия поля якоря смещается в сторону вращения якоря. В ту же сторону смещается и физическая нейтраль, которая занимает в этом случае положение n1 — n2
Влияние магнитного поля якоря на поле полюсов называется реакцией якоря. Реакция якоря отрицательно сказывается на работе генератора. Щетки М—М электрической машины должны быть всегда установлены по направлению физической нейтрали. Поэтому приходится смещать щетки генератора по отношению к геометрической нейтрали на некоторый угол (3 (рис. 137, в), так как в противном случае между щетками и коллектором возникает сильное искрение. Искрение вызывает подгар поверхности коллектора и щеток и выводит их из строя. Чем больше ток якоря, тем сильнее проявляется реакция якоря, тем на больший угол необходимо сдвигать щетки. При частых изменениях нагрузки тепловозного генератора пришлось бы почти непрерывно менять положение его щеток.
Рис. 137, Реакция якоря:
а — магнитный поток главных полюсов; б — магнитный поток, создаваемый обмоткой якоря; в — суммарный магнитный поток нагруженного генератора
Рис. 138. Схема генератора с добавочными полюсами:
—направление магнитного потока якоря;
— >> направление нейтрализующего магнитного потока добавочных полюсов
Реакция якоря не только смещает магнитное поле главных полюсов, но и частично ослабляет его, что приводит к уменьшению индуктируемой генератором э. д. с.
Для ослабления реакции якоря в генераторах между основными полюсами устанавливаются добавочные полюсы, а иногда с этой же целью в полюсные наконечники главных полюсов закладывают компенсационную обмотку. Добавочные полюсы создают дополнительное магнитное поле, которое в зонах установки щеток направлено навстречу полю якоря, вследствие чего действие его нейтрализуется (рис. 138). Однако этим не ограничивается положительное влияние добавочных полюсов на работу генератора. После прохода через нейтраль генератора направление тока в каждом витке обмотки (см. рис. 137) очень быстро изменяется на противоположное. На нейтрали виток оказывается замкнутым накоротко щетками. Такой виток называют коммутирующим В коммутирующих витках (секциях) обмотки якоря вследствие очень быстрого изменения направления тока возникает довольно большая э.д.с. самоиндукции и взаимоиндукции, которую называют реактивной э.д.с. Эта э.д.с. в коммутирующих секциях усиливается действием магнитного потока якоря, который они пересекают. Действие реактивной э.д.с. приводит к сильному искрению щеток. Добавочные полюсы рассчитывают так, чтобы их магнитный поток был несколько больше магнитного потока якоря. Благодаря этому в коммутирующих секциях индуктируется дополнительная э.д.с. Новая э.д.с. имеет направление, противоположное реактивной э.д.с., и гасит ее, предотвращая интенсивное искрение.
Магнитное поле якоря изменяется с изменением нагрузки (тока) генератора, поэтому для его нейтрализации необходимо изменять и поле компенсационных устройств. Обмотку добавочных полюсов включают последовательно с
обмоткой якоря, и по ней проходит весь ток якоря. С увеличением тока генератора возрастает магнитный поток якоря, но вместе с этим возрастает и компенсирующий его магнитный поток добавочных полюсов.
Компенсационная обмотка позволяет дополнительно улучшить распределение магнитного потока в электрической машине. Так, из рис. 137 легко видеть, что в результате действия реакции якоря магнитный поток главных полюсов становится неравномерным — с одной стороны полюса он усиливается, а с другой — ослабляется. Это приводит к неравномерной нагрузке якорной обмотки, часть витков окажется перегруженной, ухудшаются условия работы щеток.
С помощью компенсационной обмотки, расположенной на главных полюсах, устраняется искажение магнитного потока непосредственно под главными полюсами. Однако одновременное применение добавочных полюсов и компенсационной обмотки значительно усложняет конструкцию электрических машин. Если удается осуществить удовлетворительную работу электрической машины посредством применения добавочных полюсов, то компенсационную обмотку стараются не применять. Компенсационные обмотки нашли практическое применение лишь в мощных электрических машинах. Первоначально тяговый генератор тепловоза ТЭЗ имел как добавочные полюсы, так и компенсационную обмотку. Впоследствии магнитная система тягового генератора была изменена и на тепловозах ТЭЗ отказались от компенсационной обмотки.
Источник