A forgórész általános felépítését látjuk a képen.
A forgórész fő részei: tengely, vastest, hornyok, tekercselés, kommutátor, szellőzőlapát koszorú.
A ház két végéhez, a kommutátor oldali illetve a szellőző oldali pajzs csatlakozik. A pajzsokban vannak a csapágyak, melyek a forgórész szabad forgását, valamint az egész kerületen állandó légrést biztosítanak.
|
|
 |
|
A kommutátor oldali pajzsban helyezik el a kefehidat, amelyhez a kefecsapokat rögzítik. A kefecsapok száma általában megegyezik a pólusok számával. A kefecsapok tartják a kefetartókat, amelyekben a kefék helyezkednek el, ezeken keresztül biztosítják a villamos összeköttetést az armatúrával.
|
Az egyenáramú gép gerjesztő tekercselését az állórészen kiképzett főpólusokon helyezik el. A főpólusok gerjesztő tekercsében folyó áram a Ig gerjesztőáram. A gerjesztés által létrehozott mágneses erővonalak, az armatúrán, a légréseken, a főpólusokon és a póluskoszorún keresztül záródnak.
A főpólusok által létrehozott mágneses erőtér, a forgó armatúra vezetőiben, miután a vezetőkeretek a pólusok alatt változtatják a helyzetüket, váltakozó feszültséget indukál. A váltakozó feszültség, váltakozó áramot hajt keresztül az armatúra tekercseken. Az armatúrában folyó váltakozó áramot úgy egyenirányíthatjuk, hogy a tekercsek két végét, egymástól szigetelt félgyűrűhöz kötjük. Miután a félgyűrűk a vezetőkeretekkel együtt forognak, a kommutátoron csúszó kefék, változatlan polaritással csatlakoznak a kivezetésekhez. Ez a feszültség illetve áram, lüktető egyenáram lesz. Azonban minél több vezetőkeretet alkalmazunk, annál simább egyenáramot kapunk.
Amennyiben az egy vezetőkerethez tartozó feszültséget növelni akarjuk, akkor több menetet kell alkalmaznunk.
Az armatúrában folyó áram, a főpólus által létrehozott mágneses erőteret eltorzítja. A torzítás ellensúlyozására segédpólusokat alkalmaznak, melyeket a kefék vonalában helyeznek el. A segédpólusok betűjelei Bl, B2.
Az egyenáramú gépek gerjesztését előállíthatjuk:
1. állandó (permanens) mágnesű főpólusokkal,
2. külső feszültségforrású gerjesztéssel,
3. öngerjesztéssel.
Állandó mágnesekkel csak kisebb teljesítményű gépeket működtetnek.
Külső gerjesztést akkor alkalmaznak, ha nagyobb teljesítmények szabályozását végzik. Öngerjesztésű az egyenáramú gépek többsége. Az öngerjesztés elvét Jedlik Ányos dolgozta ki és valósította meg először, azonban az ipari jellegű kivitelezés és a szabadalmaztatás Werner Siemens nevéhez fűződik.
|
| Egyenáramú motorok működése |
Az egyenáramú motorok gerjesztése lehet:
a) külső, a főpólus betűjelei FI, F2,
b) soros, a főpólus betűjelei Dl, D2,
c) párhuzamos, a főpólus betűjelei El, E2,
d) vegyes gerjesztés.
Az egyenáramú motorokat különféle hajtásokra használják. A motorok fordulatszámát, nyomatékát jól lehet változtatni az igényeknek megfelelően. Különösen segíti a motorok alkalmazását a félvezetős hajtások fejlődése és azok elterjedése.
Külső gerjesztésű egyenáramú motor
Külső gerjesztésű egyenáramú motor elvi kapcsolását látjuk a képen. Szabályozott egyenáramú hajtásoknál előnyös az alkalmazása. Terhelés hatására a fordulatszámát kevéssé változtatja.
A külső feszültség kimaradása miatt megszaladhat a motor.
A külsőgerjesztésű egyenáramú motor fordulatszám¬armatúraáram (nyomaték) jelleggörbéje egy egyenes egyenlete szerint változik.
|
|
 |
| Párhuzamos gerjesztésű egyenáramú motor (söntmotor) |
A párhuzamos kapcsolású motorok jól tartják a fordulatszámukat, a közel állandó gerjesztőáram, az armatúraárammal egyenes arányú nyomatékot hoz létre.
Ott alkalmazzák, ahol nem nagy a túlterhelésveszély, nincs szükség nagy indító-nyomatékra. A gerjesztőkör szakadása a gép megszaladását, az armatúra zárlatát okozhatja.
|
A soros gerjesztésű motor fordulatszáma a terhelés hatására jelentősen változik. A változást az okozza, hogy a főpóluson lévő gerjesztő tekerccsel sorba van kötve az armatúratekercs, és így az armatúraáram erősíti vagy gyengíti a gerjesztést. Indítónyomatéka nagy, mert induláskor az armatúraáram is nagy, melynek értékét az
M = k * Φ * Ia összefüggés alapján állapítjuk meg.
A motor túlterhelésre érzéketlen, teljesítménytartó. Jelentősége a villamos vontatásban van, ahol az induláskor nagy nyomatékra van szükség, ugyanakkor féküzemben soros generátorként üzemeltethető.
Alkalmas még daruk, szellőzőmotorok, centrifugál szivattyúk hajtására.
|
| Vegyes gerjesztésű vagy kompaund motorok |
A vegyes gerjesztés létrehozza mind a soros, mind a párhuzamos gerjesztésből eredő előnyök jól használhatóságát. Attól függően, hogy a két gerjesztési megoldás közül melyik a jelentősebb, a motor soros jellegű vagy párhuzamos jellegűvé válik. Vegyes gerjesztésű motornak nagy az indítónyomatéka, jó teljesítménytartó és üresjárásban sem szalad meg.
A villamos motorok üzemi tulajdonságai
A villamos motorok üzemi viszonyai között az indítás, a forgásirányváltás, fordulatszám szabályozás jellemzőivel foglalkozunk.
|
| Soros gerjesztésű motor (főáramkörű) |
A soros gerjesztésű motorokat terhelés nélkül nem szabad indítani, mert a kis gerjesztő áram miatt a fordulatszáma igen nagy lehet. Közvetlenül a soros motor nem indítható, A kapcsokra adott feszültség növelésével vagy sorba kötött indító ellenállással indíthatjuk a motort.
Soros gerjesztésű motor forgásirány váltását az armatúraáram vagy a gerjesztő tekercs fluxusának irány változtatásával érhetjük el. Az armatúraáram irányának váltását az Al-Bl kapcsok felcserélésével, a fluxus irányának megváltoztatását a D1-D2 kapcsok cseréjével változtathatjuk meg. Arra vigyázni kell, hogy vagy csak az armatúra, vagy csak a gerjesztő tekercs kapcsait cseréljük fel.
|
A fordulatszám változtatást veszteségmentesen, változtatható feszültségű egyenáramú áramforrással érhetjük el. A feszültség csökkenésével a fordulatszám is csökken, a feszültség növelésével a fordulatszám is emelkedik.
A változtatott feszültséget, gazdaságosan egyenirányítóval állítják elő úgy, hogy az egyenirányítót változtatható feszültséget szolgáltató transzformátorról táplálják. A szabályozott feszültség előállítására korszerűbb megoldással szolgál a vezérelt egyenirányítók (tirisztorok) alkalmazása, ebben az esetben még transzformátorra sincs szükség.
A soros motor fékezését ellenállásos vagy ellenáramú fékezéssel lehet segíteni. Ellenállásos fékezéskor a motort lekapcsoljuk a tápláló hálózatról és terhelőellenállás (fékező) közbeiktatásával zárjuk az armatúrakört. A gerjesztő tekercs kapcsait (D1-D2) fel kell cserélni, így biztosítható, hogy a gerjesztő tekercs áram-iránya ne változzon meg. Ellenáramú fékezéskor az Al és Bl kapcsokat felcserélik és a motorral ellenállásokat kötnek sorba.
Külső gerjesztésű motor
Változtatható feszültségről indítva a motort, először a gerjesztő tekercsre kapcsoljuk a névleges feszültséget, ezután az armatúra kapocsfeszültségét nulláról indítva növeljük.
Miközben az armatúrára kapcsolt feszültséget folyamatosan növeljük, közben figyeljük, hogy az armatúraáram a megengedett értéket ne lépje túl. A motor fordulatszáma növekszik, közben növekszik az indukált feszültség értéke, csökken az armatúraáram. Tovább növelve a feszültséget ismét emelkedik az armatúraáram a megengedett értékig, majd a fordulatszám növekedésével ismét csökken. Az armatúraáramot mindig a kapocsfeszültség és az indukált feszültség különbsége hozza létre.
A szabályozott feszültséggel indított motor kapcsolási vázlatát a képen láthatjuk.
A párhuzamos gerjesztésű motorok forgás-irányváltását, hasonlóan a soros és a külső gerjesztésű motorokhoz a következőképen végezhetjük:
a) megcseréljük az armatúra tekercs áramának irányát, az A1, és az A2 kefék cseréjével,
b) felcseréljük a főpólus tekercsek végeit, E1 és E2-t.
Mindkét forgásirány változtatási mód egyidejű alkalmazása, változatlan forgásirányt eredményez.
Gyakorlatban gyors forgásirányváltást nem szabad alkalmazni a főpólus kapcsok cseréjével, mert nagy önindukciós feszültség lép fel.
|
|
 |
| Egyenáramú generátorok működése |
Amennyiben az egyenáramú generátor főpólus tekercsét saját armatúrájával sorba vagy párhuzamosan kötjük akkor a gép képes önmagát gerjeszteni. Az öngerjesztést az teszi lehetővé, hogy a pólustestben mindig visszamarad egy kis mágnesség (remanens). A visszamaradó mágneses erőtérben forgatott armatúra vezetőiben így feszültség indukálódik. Ezt a feszültséget a gerjesztő tekercsekre kapcsolva, azon gerjesztőáramot hajt keresztül. Ezzel a megoldással a főpólusban létrejött mágneses erőtér önmagát erősíti a vas telítődéséig.
A gerjesztések lehetnek:
a) külső, a főpólus betűjelei F1, F2,
b) soros, a főpólus betűjelei D1, D2,
c) párhuzamos, a főpólus betűjelei E1, E2,
d) vegyes gerjesztések.
Generátoroknál soros gerjesztést nem alkalmaznak, mert a terheléstől függően bizonytalan értékű feszültséget szolgáltatnak és a rövidzárási áramuk nagy.
Külső gerjesztésű egyenáramú generátor
A generátor feszültségesése a terhelés hatására, kicsi, ezért állandó feszültség szolgáltatására alkalmas. Rövidzárási árama nagy. Szinkrongenerátorok gerjesztőgépeként valamint Ward-Leonard hajtások vezérgenerátorának alkalmazzák.
|
|
 |
Párhuzamos gerjesztésű generátor
Párhuzamosan gerjesztett generátorok teljes terhelése kb. 25-30%-os feszültségesést okoz, ezért erősebb gerjesztésszabályozást igényelnek. Az erős feszültségcsökkenés hatására legerjedhetnek. A gép zárlati árama kicsi, a zárlati áram megszűnése után, önmagát visszagerjesztheti. Felhasználási területei: erőművek segédgerjesztője, vasúti kocsi-világítási dinamó.
Vegyes gerjesztésű generátor
Üresjárásban is gerjed, a névleges feszültségét csak a sorosan kapcsolt tekercs gerjesztésével éri el.
Feszültségét szélesebb határok között, finoman szabályozhatjuk. Állandó feszültségű hálózatok táplálására alkalmas. Rövidzárási árama a névleges többszöröse lehet. Átpolarizálódásra hajlamos. Lökésszerű terhelés változások kompenzálására alkalmas.
|
Az egyenáramú motorok indítása
A 10-30-szoros áramlökés károsíthatja a motort (keféket, kommutátort, meghajtott berendezés), ezért közvetlen indítást csak kis teljesítményű gépeknél lehet alkalmazni. Az indítási áramot rendszerint korlátozni kell. A megengedett áram nem lehet nagyobb a névleges érték 1,2-2,5 -szeresénél.
Az egyenáramú motorok fékezése
Ellenáramú fékezés:
- Állandó mágnesű és külső gerjesztésű motoroknál elegendő az energiaforrás csatlakozó vezetékeit egy kapcsolóval felcserélni.
- Párhuzamos, soros és vegyes gerjesztésű gépeknél gondoskodni kell, hogy a gerjesztő-tekercsek áramának iránya változatlan legyen.
A polaritásváltással egyidejűleg az áramerősség korlátozása céljából a forgórésszel ellenállást kell sorba kapcsolni.
A megállás pillanatában a gépeket le kell kapcsolni a hálózatról.
Ellenállásos (dinamikus) fékezés:
Változatlan irányú fluxus mellett a gép forgórészét leválasztják a hálózatról és egy Rf fékező ellenállásra kapcsolják (fékező-ellenállás lehet az indítóellenállás).
Energia-visszatápláló fékezés:
Energia-visszatáplálás akkor jön létre, ha a gépgenerátorrá alakul (indukált feszültség nagyobbá válik a hálózati feszültségnél). A fékezés során a mozgási energia villamos energiává alakul.
Az egyenáramú gépek veszteségei, hatásfoka:
- Vasveszteség
- Forgórész-tekercsveszteség
- Gerjesztési veszteség
- A kefék veszteségei
- Mechanikai veszteségek
Ha P1 a felvett és P2 a leadott teljesítmény, akkor a gép hatásfoka:
η = P2/P1*100%
|
Egyenáramú generátorok gyakoribb üzemi hibái és azok elhárítása
1. A generátor nem gerjed. Öngerjesztésű gép elvesztette a remanens mágnességét. Külső egyenáramú energiaforrásról fel kell mágnesezni a gép vastestét. Akkor sem gerjed a söntgenerátor, ha a gerjesztőtekercs kivezetéseit fordítva kötötték be. A kivezetéseket fel kell cserélni.
2. Terhelés hatására nem adja le a gép a teljes feszültséget vagy erősen csökken a feszültség. Több oka is lehet ennek: alacsonyabb a fordulatszám a névlegesnél, a kefék nem állnak a semleges vonalban. Vegyes gerjesztésű gépeknél a soros és a párhuzamos gerjesztés egymás ellen dolgozik. Ebben az esetben helyesen kell kötni a tekercseket.
3. A kefék erőteljesen szikráznak. A kefék és a kommutátor nem tiszta, nem elég sima a kommutátor felülete. A szikrázást okozhatja a szükségesnél kisebb kefenyomás. Helytelen segédpólus bekötés, az armatúrában menetzárlat vagy szakadás is okozhatja a hibát. Az armatúra hibáját megállapíthatjuk a forgórész kiszerelésével és úgynevezett ki-pontozással.
4. A csapágyak melegedését okozhatja a kenőanyag hiánya, a csapágykopás, amely légrés változást hozhat létre. A gördülőcsapágy törése, berágódása is okoz melegedést.
5. Az egyenáramú gép általános melegedését okozza a gépben keletkező hőveszteség. A gép melegedése igénybe veszi a villamos részek szigetelését, azok romlása a gép meghibásodásához vezet. Altalános melegedést okoz a gép tartós túlterhelése is, ez ellen megfelelő túlterhelés elleni védelmet kell alkalmazni. A gép hiányos átszellőzése is melegedést hozhat létre, amely a szellőzőlapátok és a légutak elszennyeződéséből is eredhetnek. Meg kell tisztítani a lapátokat, ki kell tisztítani a légutakat.
|
|
 |
|
