Коллекторные машины переменного тока

Коллекторные машины переменного тока

КМТ — это по своим свойствам асинхронная машина особого исполнения, на роторе которой размещается замкнутая якорная обмотка, присоединенная к коллекторным пластинам так же, как у машин постоянного тока.

Механический преобразователь частоты (коллектор и щетки) служит в этой машине для преобразования тока одной частоты, имеющегося в якорной обмотке, в ток другой частоты в цепи, присоединенной к щеткам (подобно тому, как в М=Т переменный ток якоря с частотой вращения преобразуется в постоянный за щетками).

Существует большое число разновидностей КМТ, однако применение их в промышленности ограничено по следующим причинам:

• — плохие условия коммутации;
• — конструктивная сложность;
• — высокая стоимость.

Однако несомненным достоинством таких машин является широкий диапазон регулирования скорости за счет введения в цепь ротора дополнительной ЭДС частоты скольжения (см. способы регулирования скорости АД).

Наиболее широко в промышленности и в быту используются однофазные коллекторные двигатели. Конструкция ОКД аналогична конструкции Д=Т. На роторе ОКД имеется замкнутая якорная обмотка, присоединенная к коллектору. Магнитопровод статора может иметь явнополюсное или неявнополюсное исполнение. На полюсах (или в пазах) статора располагается сосредоточенная или распределенная однофазная обмотка переменного тока. Для уменьшения потерь от вихревых токов статор выполняется шихтованным (набирается из пластин электротехнической стали).

В ОКД обмотки статора и якоря включаются последовательно. При таком включении поток полюсов Ф и ток якоря i являются переменными и изменяются по синусоидальному закону. Из-за потерь в стали и наличия короткозамкнутых коммутируемых витков обмотки якоря поток Ф и ток i сдвинуты по фазе на небольшой угол б. Поэтому большую часть периода знак вращающего момента М не изменяется (вспоминаем соотношение М = с_М0IФ), а величина его пульсирует с двойной частотой тока (см. рисунок).

Так как ротор двигателя обладает значительной механической инерцией, то скорость его вращения практически постоянна, т. е. двигатель реагирует только на среднюю величину вращающего момента М_ср. Механическая характеристика (МХ) ОКД при питании постоянным и переменным током имеет вид, аналогичный МХ Д=Т с последовательным возбуждением (см. рисунок).

Условия коммутации в ОКД хуже, нежели в М=Т. Это связано с тем, что помимо реактивной е_реакт и ЭДС вращения е_вр (см. подраздел «коммутация М=Т») в коммутируемой секции якоря М Т наводится еще и трансформаторная ЭДС, вызванная изменением потока полюсов с частотой тока сети. Поэтому полностью устранить искрение под щетками ОКД не удается применением мер, используемых в М=Т (сдвиг щеток с геометрической нейтрали, введение добавочных полюсов и КО).

Часто ОКД используются для работы как на постоянном токе, так и на переменном. Поэтому ОКД называются универсальными (УКД). Характеристика УКД при работе на переменном токе несколько мягче, чем на постоянном. Поэтому, чтобы сблизить эти характеристики, ОВ УКД выполняется секционированной, причем при работе на постоянном токе включается вся обмотка (см. рисунок, а на переменном токе — часть ее (w_в < w_в=). При этом Ф_в < Ф_в=, и при одном и том же моменте нагрузки М = М₌ (см. пунктирную кривую на механической характеристике).

коллекторный переменный ток.

Схема включения УКД приведена на рисунке К достоинствам УКД относятся следующие:

• — возможность работы от источников постоянного и переменного тока;
• — при работе от любого источника УКД допускает возможность простого и плавного регулирования скорости в широком диапазоне изменением подводимого к якорю напряжения или шунтированием якоря или ОВ;
• — УКД позволяют получать очень высокую скорость вращения при промышленной частоте (до 30 000 об/мин).