Чем вызвано появление большого тока якоря при пуске двигателя постоянного тока
Ответы на тестовые вопросы № 1-54 по дисциплине «Электротехника» (Ток в якоре параллельного возбуждения мощностью 3 кВт. Частота вращения на холостом ходу двигателя параллельного возбуждения)
Страницы работы
Содержание работы
1. Определить ток в якоре параллельного возбуждения мощностью 3 кВт, если напряжение на зажимах машины 120 В, rВ=76 Ом, а КПД двигателя 0,8
2. Указать уравнение, описывающее работу машины постоянного тока в режиме двигателя параллельного возбуждения
3. EГ=100 В; Iнагр=16 А; rЯ=0,36 Ом; IВ=2,2 А. Определить напряжение на выходе генератора параллельного возбуждения
4. Как влияет на работу генератора последовательная обмотка возбуждения при согласном включении?
1) Внешняя характеристика становиться более жесткой
5. Как называется обмотка, создающая основное продольное магнитное поле машины постоянного тока?
2) обмотка возбуждения
6. Указать искусственную реостатную характеристику двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
3) 
7. Двигатель постоянного тока имеет паспортные данные: UН=220 В, IН=12 А, nН=1500 об/мин. Мощность потерь в обмотке якоря и в обмотке возбуждения 
Р=РЯ+РВ=396 Вт Определить механическую мощность на валу двигателя
8. Чему равно напряжение на выходе генератора при работе его на холостом ходу?
9. Определить ток в обмотке возбуждения генератора параллельного возбуждения, если задано: rнагр=2 Ом; rВ=40 Ом; IЯ=2 А
10. Чем вызвано уменьшение напряжения на зажимах генератора при увеличении нагрузки?
2) Увеличением падения напряжения в якоре
11. Каково назначение обмотки возбуждения машины постоянного тока?
2) Она создает основной магнитный поток
12. Какая кривая представляет собой зависимость скорости вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением от тока возбуждения?
1) 
13. Паспортные данные двигателя: UН=110 В, Iном=10 А, rЯ=1 Ом. Чему равно сопротивление пускового реостата, ограничивающего ток до 2Iном?
14. Найти уравнение, описывающее работу генератора параллельного возбуждения
15. Выходная мощность генератора P2Н=5,2 кВт; потребляемая мощность P1=6,3 кВт. Определить мощность потерь и КПД генератора
2) P=1,1 кВт; 
0,82
16. Чем определяется величина ЭДС генератора параллельного возбуждения?
1) Величиной потока возбуждения и скоростью вращения
17. Чем вызвано появление большого тока якоря при пуске двигателя постоянного тока?
3) Малым сопротивлением обмотки якоря и малой противоэдс
18. Какая кривая представляет собой характеристику холостого хода генератора?
2) 
19. Номинальная мощность двигателя параллельного возбуждения P2Н=95 кВт, IДВ.Н=470 А, UН=220 В. Определить КПД двигателя
2) 0,92
20. Указать правильную формулу для определения ЭДС машины постоянного тока
21. генератора независимого возбуждения rЯ=0,037 Ом; rнагр=0,407 Ом. Напряжение на зажимах генератора 230 В. Определить ЭДС генератора и ток якоря
22. По какой электрической цепи замыкается ток якоря постоянного тока?
1) а) Зажим, б) обмотка добавочного полюса (ОДП) в) щеточно-коллекторный узел г) обмотка якоря д) зажим е) нагрузка
23. В каком случае двигатель параллельного возбуждения может пойти в разнос (резко возрастает частота вращения)?
2) При обрыве цепи возбуждения
24. Какая точка соответствует ЭДС при завершении процесса самовозбуждения генератора?
3) 
25. Напряжение на зажимах двигателя с последовательным возбуждением 120 В, rЯ+rОВ=1,5 Ом. Вычислить ток, потребляемый двигателем, если противоэдс якоря равна 90 В
26. Совокупность каких выражений соответствует работе машины постоянного тока в двигательном режиме?
28. Для чего служит обмотка якоря генератора постоянного тока?
1) Для наведения ЭДС генератора
29. Как изменится ток, потребляемый двигателем при увеличении момента сопротивления механизма?
30. Какой из графиков правильно изображает зависимость ЭДС генератора с независимым возбуждением от тока возбуждения?
1) 
31. Рассчитать величину пускового реостата для ограничения пускового тока двигателя ПН-10 с паспортными данными: UН=110 В; IН=12,2 А; nН=1420 об/мин. Сопротивление цепи якоря rЯ=1 Ом; Iпуск=1,5IН.
1) rпуск
5 Ом
32. Какое из приведенных ниже выражений определяет механическую характеристику двигателя с параллельным возбуждением?
33. rН=2 Ом, rВ=40 Ом, IЯ=20 А. Определить ток в нагрузке генератора параллельного возбуждения
34. Как влияет на работу генератора последовательная обмотка возбуждения при встречном включении?
3) Внешняя характеристика становится мягче
35. Каким образом можно изменить направление вращения двигателя постоянного тока? Указать неправильный ответ
3) Изменить направление тока возбуждения и тока якоря одновременно
36. Указать внешнюю характеристику генератора смешанного возбуждения при встречном включении обмоток возбуждения
3) 
37. Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением имеет следующие параметры: UН=230 В, IН=50 А, rЯ=0,3 Ом, nН=800 об/мин. Определить ЭДС, индуктируемую в обмотке якоря
38. В каком уравнении допущена ошибка?
39. Определить EГ и EД машины в генераторном и двигательном режимах работы при условии, что напряжение U=220 В, а падение напряжения в цепи якоря составляет 4,5% от U
40. При каком условии генератор постоянного тока может работать в двигательном режиме?
3) При подаче напряжения на обмотки якоря и возбуждения
41. Каким образом регулируется основной магнитный поток машин постоянного тока?
42. Указать естественную механическую характеристику двигателя с параллельным возбуждением
1) 
43. Двигатель постоянного тока работает от сети 220 В, потребляя ток 100 А. Сопротивление обмотки якоря 0,05 Ом. Чему равна ЭДС якоря двигателя?
44. Указать основное уравнение электрического состояния генератора постоянного тока
45. Номинальная мощность генератора параллельного возбуждения: P2Н=25 кВт, UН=115 В, Iнагр=217 А, IВ=3 А, rЯ=0,009 Ом. Определить ток якоря и ЭДС якоря
46. Какое из перечисленных условий является необходимым для самовозбуждения генератора?
2) Наличие потока остаточного магнетизма
47. Как необходимо изменять ток возбуждения, чтобы обеспечить постоянное напряжение на зажимах генератора при изменении тока нагрузки?
3) 
48. Как можно уменьшить пусковой ток двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением?
3) Ввести сопротивление в цепь якоря
49. Указать внешнюю характеристику генератора смешанного возбуждения при согласном включении обмоток возбуждения
1) 
50. Мощность на валу двигателя P2Н=100 кВт, UН=220 В, IДВ.Н=500 А, частота вращения 500 об/мин. Определить КПД двигателя и вращающий момент
1) 0,91; M=1910 Hм
51. ЭДС при пуске двигателя параллельного возбуждения равна
52. Какова мощность потерь в обмотке якоря генератора при токе IЯ=40 А, если его ЭДС EГ=230 В, а напряжение на выходе генератора UГ=225 В
53. Как измениться частота вращения на холостом ходу двигателя параллельного возбуждения, если напряжение на якоре понизиться?
54. Какая внешняя характеристика соответствует генератору с большим сопротивлением цепи якоря, если мощности их одинаковы?
3) 
Пуск электродвигателя постоянного тока
Подписка на рассылку
При подаче напряжения на электродвигатель происходит скачок напряжения, который называется пусковым током. Пусковой ток часто выше номинального от 5 до 10 раз, но отличается своей кратковременностью.
Процессы, протекающие при пуске двигателя
Когда на обмотке статора увеличивается токовая нагрузка, одновременно с этим увеличивается крутящий момент двигателя, передающийся на вал ротора. Резкое увеличение крутящего момента может вызвать резкое повышение температуры обмотки статора и привести к неисправностям в изоляции, что может стать причиной вибраций, механических деформаций и выхода двигателя из строя.
Чтобы избежать поломки электродвигателя, сразу после начала его работы пусковой ток понижается до номинальных частот вращения. Для снижения пускового тока применяют несколько способов, которые также позволяют стабилизировать напряжение электропитания. Существует несколько способов запуска двигателей постоянного тока.
Прямой пуск электродвигателя постоянного тока
При прямом пуске подключение обмотки якоря происходит непосредственно к электрической сети. Это означает, что двигатель подключается к источнику электропитания при своем номинальном напряжении. Прямой пуск электродвигателя используется, когда есть стабильное питание двигателя, который жестко связан с приводом. Это один из самых простых методов пуска.
Преимуществом прямого пуска является то, что при таком запуске температура повышается не столь значительно, если сравнивать с другими методиками. Если отсутствуют специальные ограничения на поступающий от электросети ток, то такой способ считается наиболее предпочтительным. Те электродвигатели, что предназначаются для частых пусков и отключений, оборудуются специальной системой управления, с контактором и термореле, которые защищают прибор от поломки.
Если электродвигатели имеют малую мощность и работают без частых остановок и пусков, то для его включения требуется самое примитивное оборудование. Обычно им является вручную работающий расцепитель. При такой схеме непосредственно на сами клеммы двигателя и подается напряжение. Для электродвигателей небольших размеров пусковой момент составляет 150–300 % от номинального, а сам пусковой ток — 300–800%.
Прямой пуск имеет то ограничение, что пик нагрузки некоторых крупных двигателей может быть в 15, а иногда и в 50 раз больше номинального. Такие нагрузки совершенно недопустимы, поэтому такой способ пуска применяется лишь на двигателях малой мощности.
Реостатный пуск электродвигателя постоянного тока
Реостатный пуск, в отличие от прямого, не имеет ограничений на мощность двигателя, поэтому его часто применяют на приборах большой мощности. Реостат для пуска изготавливается из провода, который имеет высокое удельное сопротивление и разделен на секции. Ток возбуждения, который возникает при включении двигателя, устанавливается таким образом, чтобы соответствовать номинальным значениям. Это необходимо для того, чтобы при пуске развивался максимально большой допустимый момент, что необходимо для быстрого разгона двигателя.
Реостатный пуск осуществляется вместе с последовательным уменьшением сопротивления реостата, что позволяет не допускать скачков электрического тока и гарантирует безопасность при включении даже самых мощных электродвигателей.
Пуск электродвигателя путем изменения питающего напряжения
Пуск путем изменения питающего напряжения является еще одним способом начать работу электродвигателя. При использовании реостатного пуска могут возникнуть большие потери энергии непосредственно в самом пусковом реостате. Для того чтобы избежать этих потерь и повысить экономичность и энергоэффективность, двигатель запускается с помощью очень плавного постепенного повышения напряжения, которое подается на обмотку якоря. Для такого способа требуется отдельный источник постоянного тока, с помощью которого можно регулировать напряжение. Для этого используют генераторы и управляемые выпрямители. Пуск путем изменения питающего напряжения двигателя является обычной практикой на тепловозах.
Пуск, реверсирование и торможение двигателей постоянного тока
Пуск двигателя постоянного тока прямым включением его на напряжение сети допустим только для двигателей небольшой мощности. При этом пик тока в начале пуска может быть порядка 4 — 6-кратного номинального. Прямой пуск двигателей постоянного тока значительной мощности совершенно недопустим, потому что начальный пик тока здесь будет равен 15 — 50-кратному номинальному. Поэтому пуск двигателей средних и больших мощностей производят при помощи пускового реостата, который ограничивает ток при пуске до допустимых по коммутации и механической прочности значений.
Пусковой реостат выполняется из провода или ленты с высоким удельным сопротивлением, разделенных на секции. Провода присоединяются к медным кнопочным или плоским контактам в местах перехода от одной секции к другой. По контактам перемещается медная щетка поворотного рычага реостата. Реостаты могут иметь и другое выполнение. Ток возбуждения при пуске двигателя с параллельным возбуждением устанавливается соответствующим нормальной работе, цепь возбуждения включается прямо на напряжение сети, чтобы не было уменьшения напряжения, обусловленного падением напряжения в реостате (см. рис. 1).
Необходимость иметь нормальный ток возбуждения связана с тем, что при пуске двигатель должен развивать возможно больший допустимый момент Мэм, необходимый для обеспечения быстрого разгона. Пуск двигателя постоянного тока производится при последовательном уменьшении сопротивления реостата, обычно — путем перевода рычага реостата с одного неподвижного контакта реостата на другой и выключения секций; уменьшение сопротивления может производиться и путем замыкания накоротко секций контакторами, срабатывающими по заданной программе.
При пуске вручную или автоматически ток изменяется от максимального значения, равного 1,8 —2,5-кратному номинальному в начале работы при данном сопротивлении реостата, до минимального значения, равного 1,1 — 1,5-кратному номинальному в конце работы и перед переключением на другое положение пускового реостата. Ток якоря после включения двигателя при сопротивлении реостата rп составляет
где Uс — напряжение сети.
После включения начинается разгон двигателя, при этом возникает противо-ЭДС Е и уменьшается ток якоря. Если учесть, что механические характеристики n = f1(M н) и n = f2 (I я ) практически линейны, то при разгоне увеличение скорости вращения будет происходить по линейному закону в зависимости от тока якоря (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма пуска двигателя постоянного тока
Пусковая диаграмма (рис. 1) для различных сопротивлений в цепи якоря представляет собой отрезки линейных механических характеристик. При уменьшении тока якоря IЯ до значения Imin выключается секция реостата с сопротивлением r1 и ток возрастает до значения
где E1 — ЭДС в точке А характеристики; r1—сопротивление выключаемой секции.
Затем снова происходит разгон двигателя до точки В, и так далее вплоть до выхода на естественную характеристику, когда двигатель будет включен прямо на напряжение Uc. Пусковые реостаты рассчитаны по нагреву на 4 —6 пусков подряд, поэтому нужно следить, чтобы в конце пуска пусковой реостат был полностью выведен.
При остановке двигатель отключается от источника энергии, а пусковой реостат полностью включается — двигатель готов к следующему пуску. Для устранения возможности появления больших ЭДС самоиндукции при разрыве цепи возбуждения и при ее отключении цепь может замыкаться на разрядное сопротивление.
В регулируемых приводах пуск двигателей постоянного тока производится путем постепенного повышения напряжения источника питания так, чтобы ток при пуске поддерживался в требуемых пределах или сохранялся в течение большей части времени пуска примерно неизменным. Последнее можно осуществить путем автоматического управления процессом изменения напряжения источника питания в системах с обратными связями.
Пуск двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением производится также при помощи пусковых устройств. Пусковая диаграмма представляет собой отрезки нелинейной механической характеристики для различных сопротивлений цепи якоря. Пуск при относительно небольших мощностях может выполняться вручную, а при больших — путем замыкания накоротко секций пускового реостата контакторами, которые срабатывают при управлении вручную или автоматически.
Реверсирование — изменение направления вращения двигателя — производится путем изменения направления действия вращающего момента. Для этого требуется изменить направление магнитного потока двигателя постоянного тока, т. е. переключить обмотку возбуждения или якорь, при этом в якоре будет протекать ток другого направления. При переключении и цепи возбуждения, и якоря направление вращения останется прежним.
Обмотка возбуждения двигателя параллельного возбуждения имеет значительный запас энергии: постоянная времени обмотки составляет секунды для двигателей больших мощностей. Значительно меньше постоянная времени обмотки якоря. Поэтому для того чтобы реверсирование проходило возможно быстрее, производится переключение якоря. Только там, где не требуется быстродействия, можно выполнять реверсирование путем переключения цепи возбуждения.
Реверсирование двигателей последовательного возбуждения можно производить переключением или обмотки возбуждения, или обмотки якоря, так как запасы энергии в обмотках возбуждения и якоря невелики и их постоянные времени относительно малы.
При реверсировании двигателя с параллельным возбуждением якорь сперва отключается от источника питания и двигатель механически тормозится или переключается для торможения. После окончания торможения якорь переключается, если он не был переключен в процессе торможения, и выполняется пуск при другом направлении вращения.
В такой же последовательности производится и реверсирование двигателя последовательного возбуждения: отключение — торможение — переключение — пуск в другом направлении. У двигателей со смешанным возбуждением при реверсировании следует переключить якорь либо последовательную обмотку вместе с параллельной.
Торможение необходимо для того, чтобы уменьшить время выбега двигателей, которое при отсутствии торможения может быть недопустимо велико, а также для фиксации приводимых механизмов в определенном положении. Механическое торможение двигателей постоянного тока обычно производится при наложении тормозных колодок на тормозной шкив. Недостатком механических тормозов является то, что тормозной момент и время торможения зависят от случайных факторов: попадания масла или влаги на тормозной шкив и других. Поэтому такое торможение применяется, когда не ограничены время и тормозной путь.
В ряде случаев после предварительного электрического торможения при малой скорости можно достаточно точно произвести остановку механизма (например, подъемника) в заданном положении и зафиксировать его положение в определенном месте. Такое торможение применяется и в аварийных случаях.
Электрическое торможение обеспечивает достаточно точное получение требуемого тормозящего момента, но не может обеспечить фиксацию механизма в заданном месте. Поэтому электрическое торможение при необходимости дополняется механическим, которое входит в действие после окончания электрического.
Электрическое торможение происходит, когда ток протекает согласно с ЭДС двигателя. Возможны три способа торможения.
Торможение двигателей постоянного тока с возвратом энергии в сеть. При этом ЭДС Е должна быть больше напряжения источника питания UС и ток будет протекать в направлении ЭДС, являясь током генераторного режима. Запасенная кинетическая энергия будет преобразовываться в электрическую и частично возвращаться в сеть. Схема включения показана на рис. 2, а.
Рис. 2. Схемы электрического торможения двигателей постоянного тока: я — с возвратом энергии в сеть; б — при противовключении; в — динамическое торможение
Торможение двигателя постоянного тока может быть выполнено, когда уменьшается напряжение источника питания так, что Uc
Торможение при противовключении выполняется путем переключения вращающегося двигателя на обратное направление вращения. При этом ЭДС Е и напряжение Uc в якоре складываются, и для ограничения тока I следует включать резистор с начальным сопротивлением
где Imах — наибольший допустимый ток.
Торможение связано с большими потерями энергии.
Динамическое торможение двигателей постоянного тока выполняется при включении на зажимы вращающегося возбужденного двигателя резистора rт (рис. 2, в). Запасенная кинетическая энергия преобразуется в электрическую и рассеивается в цепи якоря как тепловая. Это наиболее распространенный способ торможения.
Схемы включения двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения: а — схема включения двигателя, б — схема включения при динамическом торможении, в — схема для противовключения.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: