8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое электромагнитный момент двигателя постоянного тока

Электромагнитный момент машины постоянного тока. Электромагнитная мощность.

согласно 1 з-ну Ньютона в применении к вращающемуся телу действующая на это тело движущая и тормозные вращающие м-ты уравновешивают др.др поэтому в генераторе при установившемся режиме работы эл-маг м-т Мэм=Мв-Мтр-Мс, где Мв — м-т на валу генератора развиваемый первичным двигателем, Мтр- м-т сил трения в подшипниках о воздух и на коллекторе ЭМ, Мс — тормозной м-т, вызываемый потерями на гистер.и вихревые токи в сердечнике якоря. Эти потери мощности появляются в рез-те вращения сердечника якоря в неподвижном магнитном поле полюсов. Возникающие при этом эл-маг силы оказывают на якорь тормозящее действие и в этом отношении проявляют себя подобно силам трения. В двигателе при устан.режиме работы Мэм=Мв+Мтр+Мс, где Мв — тормозной м-т на валу двигателя, развиваемый рабочей машиной. В генераторе Мэм является тормозным, а вдвигателе — вращающим м-ом, причем в обоих случаях Мв и Мэм противоположны по направлению. Развиваемая эл-маг м-ом Рэм- называется эл-маг мощностью и равна Рэм=Мэм2 пи n,( где 2 пи n представляет собой угловую скорость вращения). Если учесть, что линейная скорость на окружности якоря v=Pi*Da*n, тогда получим , что Рэм=2B*l*v*Ia, или Рэм=Еа*Ia. В обмотке якоря под действием ЭДС Еа и тока Ia развивается внутренняя эл мощность якоря Ра=Еа*Iа.получили, что внутренняя эл мощность якоря равна эл-маг мощности, развиваемой эл-маг м-ом, что отражает процесс преобразования мех.энергии в эл в генераторе и обратный процесс в двигателе. Для генератора имеем Ua*Ia=Ea*Ia-Ia^2*ra и для двигателя Ua*Ia=Ea*Ia+Ia^2*ra. Левые части этих выражений представляют собой эл мощности на зажимах якоря, первые члены правых частей- эл-маг мощность якоря и последние члены- эл потери мощности в якоре. Эти соотношения являются выражением з-на сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в МПТ.

2. Общие сведения об измерительных преобразователях. Делители напряжения, шунты, добавочные резисторы.

Для того чтобы ту или иную неэлектрическую величину измерить, ее нужно

предварительно преобразовать в электрич. сигнал. Такое преобразование осуществляется с помощью датчиков или первичных преобразователей. На рис. показана структурная схема для измерения неэлектрич. вел-ны электрич. методом. Здесь ПП- первичный преобразователь, ЭЦ- электрическая измерительная цепь, ВУ- выходное устройство. Измеряемая неэлектрич. вел-на Х поступает на вход ПП, на выходе которого появляется эл. сигнал У(Х). Далее этот сигнал преобразуется в ЭЦ в другой эл. сигнал У’ , который воспринимается ВУ, в результате чего на выходе всего устройства получается , например, отклонение указателя а(Х). Шкала выходного устройства градуирована непосредственно в знач. неэлектрич. вел-ны Х. Первичные преобразователи (ПП), используемые в измерениях, делятся на генераторные и параметрические. Генераторные ПП вырабатывают э.д.с. или ток и для их работы , как правило, не требуется дополнительный источник питания ( термозлектрические, пьезоэлектр., гальванические преобразователи). Параметрические ПП преобразуют изменение измеряемой неэлектрич. вел-ны в изменения того или иного параметра эл. цепи (R,L,M,C) и для их работы требуется дополнит. источник питания ( терморезисторы , реостатные, индуктивные и емкостные преобразователи). Электрич. измерительные цепи (ЭЦ) в рассматриваемых устройствах состоят обычно из мостов или измерительных потенциометров. В простейшем случае ЭЦ может отсутствовать, и сигнал У поступает непосредственно на выходной прибор. Выходные устройства весьма различны –от стрелочного магнитоэлетр. вольтметра до самопишущего прибора. Делители напряжения. В зависимости от назначения эл. цепи ее зл-ты могут соединяться различным образом. Сущ-ют 4 основных вида соединений эл-тов: последовательное, параллельное, треугольником и звездой. Послед. назыв. соед. , при котором ток в каждом элементе один и тот же. Для этих схем можно написать: U1+U2+…+Un=U или R1*I+R2*I+…+Rn*I=Rэк*I , следовательно Rэк=R1+R2+…+Rn. Послед. соед. Приемников используют обычно только а том случае, когда напряжения ,на которые они рассчитаны , меньше напряжения источника эл. энергии. Недостатком послед. соед. Приемников явл.то, что напряжение на каждом из них зависит от сопрот. других приемников. Поскольку напряжение источника равно сумме напряжений на последовательно включенных эл-тах цепи, последовательное соед. эл-тов применяют часто а качестве делителей напряжений и для регулир. напряж. на приемнике. Так, при исполозовании двигателей постоянного тока последоват. с цепью якоря включ. реостаты для ограничения пускового тока ( пусковые реостаты) и регулирования частоты вращения (регулировачные реостаты).Для измерения больших токов применяют амперметры, в которых магнитоэлектрический измерительный механизм включается в сочетании с шунтом. Шунтом называют резистор малого сопротивления, подключаемый параллельно к измерительному механизму(ИМ). Шунт служит для расширения предела измерения прибора по току. Сопротивление шунта выбирают из соотношения

Rш=Rи/(n-1), где Rи-сопритивление обмотки ИМ, n=I/Iи-коэф. шунтирования; I – измеряемый ток; Iи- допустимый ток обмотки. В вольтметре для расширения пределов измерения по напряжению последовательно с измерительным механизмом подключают резистор большого сопротивления, называемый добавочным резистором. Сопротивление добавочного резистора опред. из соотношения Rn=Rи*(m-1), где Rи-спротивление обмотки ИМ; m=U/Umv- масштабный коэф.; U- измеряемое напряжение ; Umv- допустимое напряжение на обмотке ИМ.

Шунты и добавочные резисторы являются простейшими измерительными преобразователями.

Электродвижущая сила и электромагнитный момент машины постоянного тока

Электродвижущая сила. Она наводится в обмотке якоря ос­новным магнитным потоком.

Исходной формулой для получения выражения электродвижущей силы обмотки якоря является формула закона электромагнитной индукции

Если применить ряд упрощений, например, заменим действительное распределение индукции в зазоре прямоугольным (график 2), при этом высоту прямоугольника примем равной максимальному значению индук­ции , а ширину — равной величине , при которой площадь прямоугольника равна площади, ограниченной криволинейной трапецией.

Величина bm длина полюсной дуги(внутренняя дуга полюсного наконечника)

Величина bi называется расчетной полюсной дугой.

αi= , где (4,10)

αi коэффициент полюсного перекрытия

τ — полюсное деление

В машинах постоянного тока расчетная полюсная дуга мало отлича­ется от полюсной дуги :

, (4.11)

Воспользовавшись коэффициентом полюсного перекрытия

,

(4.12)

Коэффициент полюсного перекрытия имеет большое влия­ние на свойства машины постоянного тока. На первый взгляд ка­жется целесообразным выбрать наибольшее значение , так как это способствует увеличению потока Ф, а следовательно, и увели­чению мощности машины (при заданных размерах). Однако слиш­ком большое , приведет к сближению полюсных наконечников полюсов, что будет способствовать росту магнитного потока рассеяния и неблагоприятно отразится на других свойствах машины. При этом полезный поток машины может оказаться даже меньше предполагаемого значения

Обычно = 0,6÷0,8, при этом меньшие значения соответствуют машинам малой мощности.

При выводе формулы ЭДС будем исходить из прямоугольного закона распределения индукции в зазоре, при этом магнитная ин­дукция на участке расчетной полюсной дуги равна , а за ее пределами равна нулю и в проводниках, расположенных за пре­делами , ЭДС не наводится.

А также приняв ряд других упрощений, получим выражение ЭДС машины постоянного тока (В):

се =

Рис. 4.9. Распределение магнитной индукции

в воздуш­ном зазоре машины постоянного тока

Читать еще:  Что такое определение лошадиной силы в двигателе

В системе СИ формула 4.13 примет вид

Еа = Фω=kФω

Еа ЭДС машины постоянного тока

се — постоянная для данной машины величина;

k — постоянная для данной машины величина в системе СИ

Ф — основной маг­нитный поток, Вб;

— частота вращения якоря, об/мин;

ω — частота вращения якоря, рад/с;

р — число пар полюсов обмотки якоря;

N — число пазовых сторон обмотки якоря;

а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

Электромагнитный момент.

При прохождении по пазовым проводникам обмотки якоря тока на каждом из проводников по­является электромагнитная сила, которая определяется по закону Ампера

. (4.14)

Совокупность всех электромагнитных сил на якоре, дейст­вующих на плечо, равное радиусу сердечника якоря , создает на якоре электромагнитный момент М.

Можно получить формулу для определения электромагнитного момента М обмотки якоря

или в системе СИ

М = ФIа = kФIа

М — электромагнитный момент машины постоянного тока, Н/м (ньютон делить на метр)

см — постоянная для данной машины величина;

Ф — основной маг­нитный поток, Вб (вебер)

р — число пар полюсов обмотки якоря

N — число пазовых сторон обмотки якоря

а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря

— ток якоря, А;

Электромагнитный момент машины при ее работе в двигательном режиме является вращающим, а при генераторном режиме — тормозящим по отношению к вращающему моменту приводного двигателя.

Подставив из (4.13) в (4.15) выражение основного магнитного потока , получим еще одно выражение электромагнитного момента:

, (4.16)

где — угловая скорость вращения;

(4.17)

Рэм— электромагнитная мощность машины постоянного тока,Вт.

Из (4.16) следует, что в машинах равной мощности электромагнитный момент больше у машины с меньшей частотой вращения якоря.

Общие сведения о двигателях постоянного тока

Дата публикации: 01 марта 2013 .
Категория: Статьи.

Двигатели постоянного тока находят широкое применение в промышленных, транспортных и других установках, где требуется широкое и плавное регулирование скорости вращения (прокатные станы, мощные металлорежущие станки, электрическая тяга на транспорте и так далее).

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

Схемы двигателей и генераторов с данным видом возбуждения одинаковы (рисунок 1 в статье «Общие сведения о генераторах постоянного тока») . В двигателях независимого возбуждения токи якоря Iа и нагрузки I равны: I = Iа, в двигателях параллельного и смешанного возбуждения I = Iа + iв и в двигателях последовательного возбуждения I = Iа = Iв.

С независимым возбуждением от отдельного источника тока обычно выполняются мощные двигатели с целью более удобного и экономичного регулирования тока возбуждения. По своим свойствам двигатели независимого и параллельного возбуждения почти одинаковы, и поэтому первые ниже отдельно не рассматриваются.

Рисунок 1. Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения

Энергетическая диаграмма

Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения изображена на рисунке 1. Первичная мощность P1 является электрической и потребляется из питающей сети. За счет этой мощности покрываются потери на возбуждения pв и электрические потери pэла = Iа² × Rа в цепи якоря, а оставшаяся часть составляет электромагнитную мощность якоря Pэм = Eа × Iа, которая превращается в механическую мощность Pмх. Потери магнитные pмг, добавочные pд, и механические pмх покрываются за счет механической мощности, а остальная часть этой мощности представляет собой полезную механическую мощность P2 на валу.

Аналогичные энергетические диаграммы, иллюстрирующие преобразование энергии в двигателе, можно построить и для других типов двигателей.

Уравнение вращающих моментов

Электромагнитный момент двигателя

который является движущим и действует в сторону вращения, расходуется на уравновешивание тормозящих моментов: 1) момента M, соответствующего потерям pмг, pд и pмх, покрываемым за счет механической мощности [смотрите равенство (6) в статье «Общие сведения о генераторах постоянного тока»]; 2) Mв – момента нагрузки на валу, создаваемого рабочей машиной или механизмом; 3) Mдин – динамического момента [смотрите равенство (7) в статье «Общие сведения о генераторах постоянного тока»]. При этом

Mэм = M + Mв + Mдин(1)
Mэм = Mст + Mдин(2)

является статическим моментом сопротивления.

При установившемся режиме работы, когда n = const и поэтому Mдин = 0,

Mэм = Mст.(3)

В дальнейшем индекс «эм» у Mэм будем опускать. Обычно M мал по сравнению с Mв, и поэтому приблизительно можно считать, что при установившемся режиме работы Mэм = M является полезным моментом на валу и уравновешивается моментом Mв. Можно также значение M включить в значение Mв.

Укажем, что если выразить P в киловаттах, а Ω — через число оборотов в минуту nм, то между P, nм и M в кгс × м будет существовать зависимость

Уравнение напряжения и тока

В двигателях направление действия э. д. с. якоря Eа противоположно направлению тока якоря Iа (смотрите статью «Принцип действия машины постоянного тока»), и поэтому Eа называется также противоэлектродвижущей силой якоря. Уравнение напряжения для цепи якоря двигателя можно записать следующим образом:

U = Eа + Rа × Iа.(4)

Здесь Rа – полное сопротивление цепи якоря [смотрите равенство (15) в статье «Общие сведения о генераторах постоянного тока»]. В режиме двигателя всегда U > Eа.

Из равенства (4) следует, что

(5)
Eа = cе × Фδ × n.(6)

Скорость вращения и механические характеристики

Решая уравнение (4) совместно с (6) относительно n, находим уравнение скоростной характеристики n = f(Iа) двигателя:

(7)
M = см × Фδ × Iа.(8)

Определив отсюда значение Iа и подставив его в (7), получим уравнение механической характеристики n = f(M) двигателя:

(9)

которое определяет зависимость скорости вращения двигателя от развиваемого момента вращения.

Вид механической характеристики n = f(M) или M = f(n) при U = const зависит от того, как с изменением момента M изменяется поток машины Фδ, и различен для двигателей с различными способами возбуждения. Это же справедливо для скоростных характеристик (смотрите статьи «Двигатели параллельного возбуждения», «Двигатели последовательного возбуждения», «Двигатели смешанного возбуждения»).

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Электродвигатель постоянного тока. Принцип действия и устройство.

На рис. 1-1 представлена простейший электродвигатель постоянного тока, а на рис. 1-2 дано его схематическое изображение в осевом направлении. Неподвижная часть двигателя, называемая индуктор, состоит из полюсов и круглого стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в электродвигателе основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рис. 1-1 не показано).
Вращающаяся часть электродвигателя состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанном на рис. 1-1 и 1-2 простейшем электродвигателе имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.
Основной магнитный поток в нормальных электродвигателях постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Читать еще:  Чем мыть двигатель маслом или пятиминуткой

Рис. 1-1. Простейший электродвигатель постоянного тока
Рис. 1-2. Работа простейшего электродвигателя постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б).

Генератор постоянного тока.

Рассмотрим сначала работу электродвигателя в режиме генератора.

Предположим, что якорь электродвигателя (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется Э. Д. С., направление которой может быть определено по «правилу правой руки» и показано на рис. 1-1 и 1-2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта Э. Д. С. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется Э. Д. С. вращения. В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые Э. Д. С., которые по контуру витка складываются. Частота Э. Д. С. f в двухполюсном электродвигателе равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:
f = n,
а в общем случае, когда машина имеет р пар полюсов с чередующейся полярностью:
f = pn

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Двигатель постоянного тока.

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы и возникнет электромагнитный момент. Величины силы и момента определяются как и для генератора. При достаточной величине Мэм якорь электродвигателя придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм при этом является движущим и действует в направлении вращения.
Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора (рис. 1-2, а) и двигателя (рис. 1-2, б) были одинаковы, то направление действия а следовательно, и направление тока у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рис. 1-2, б).
В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.
Принцип обратимости. Из изложенного выше следует, что каждый электродвигателя постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.
Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно, при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.
Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.
Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в электродвигателях переменного тока.

Еженедельные отправки по всей России:

Контакты отдела продаж:

Телефон/факс:

+7 (4922) 53-95-25
+7 (4922) 53-96-26
+7 (4922) 53-95-40
Электронная почта:
info@motors33.ru

Электрические машины постоянного тока

1. Устройство электрической машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части ( индуктора ) и вращающейся части ( якоря с барабанной обмоткой).
На рис. 1 изображена конструктивная схема машины постоянного тока

Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток.
Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.
Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5.
Рис. 1
Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

2. Принцип действия машины постоянного тока

Рассмотрим работу машины постоянного тока в режиме генератора на модели рис.2,

где 1 — полюсы индуктора, 2 — якорь, 3 — проводники, 4 — контактные щетки.
Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Внешние поверхности проводников очищены от изоляции, а на эти поверхности проводников наложены неподвижные контактные щетки.
Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами.
Приведем якорь машины во вращение в направлении, указанном стрелкой.
Рис. 2
Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.

На рис.2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками — ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис. 3)

Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДС проводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине. Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса, ЭДС, равная нулю, — в проводнике, расположенном на линии геометрической нейтрали.
Рис. 3
Если соединить все проводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующая ЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щетки делят якорную обмотку на две параллельные ветви. В верхней параллельной ветви индуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви — противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна сумме электродвижущих сил проводников, расположенных между щетками.
На рис. 4 представлена схема замещения якорной обмотки.

В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорной обмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи , через сопротивление RH протекает ток IЯ.
Рис. 4
ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n2 и магнитному потоку индуктора Ф

(1)

где Се — константа.
В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство — коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой.

3. Работа электрической машины постоянного тока
в режиме генератора

Любая электрическая машина обладает 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

Читать еще:  Ваз 2107 какой двигатель на нем

где U — напряжение на зажимах генератора;
Rя — сопротивление обмотки якоря.

(2)

Уравнение (2) называется основным уравнением генератора . С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы.
На рис. 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, возникающий по правилу Ленца.

4. Генераторы с независимым возбуждением.
Характеристики генераторов

Магнитное поле генератора с независимым возбуждением создается током, подаваемым от постороннего источника энергии в обмотку возбуждения полюсов.
Схема генератора с независимым возбуждением показана на рис. 6.
Магнитное поле генераторов с независимым возбуждением может создаваться
от постоянных магнитов (рис. 7).

Зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения называется характеристикой холостого хода E = Uхх = f (Iв) .
Характеристику холостого хода получают при разомкнутой внешней цепи (Iя) и при постоянной частоте вращения (n2 = const)
Характеристика холостого хода генератора показана на рис. 8.
Из-за остаточного магнитного потока ЭДС генератора не равна нулю при токе возбуждения, равном нулю.
При увеличении тока возбуждения ЭДС генератора сначала возрастает пропорционально.
Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейна. Но при дальнейшем увеличении тока возбуждения происходит магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. При последующем возрастании тока возбуждения ЭДС генератора почти не меняется. Если уменьшать ток возбуждения, кривая размагничивания не совпадает с кривой намагничивания из-за явления гистерезиса.
Зависимость напряжения на внешних зажимах машины от величины тока нагрузки
U = f (I) при токе возбуждения Iв = const называют внешней характеристикой генератора.

Внешняя характеристика генератора изображена на рис. 9.

С ростом тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за увеличения падения напряжения в якорной обмотке.

5. Генераторы с самовозбуждением.
Принцип самовозбуждения генератора
с параллельным возбуждением

Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора.
Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. На рис. 10 изображен генератор с параллельным возбуждением.

Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат Rв. Генератор работает в режиме холостого хода.
Чтобы генератор самовозбудился, необходимо выполнение определенных условий.
Первым из этих условий является наличие остаточного магнитного потока между полюсами. При вращении якоря остаточный магнитный поток индуцирует в якорной обмотке небольшую остаточную ЭДС.
Рис. 10
Вторым условием является согласное включение обмотки возбуждения . Обмотки возбуждения и якоря должны быть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающий остаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличению ЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то током возбуждения Iв = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивления Rв в цепи возбуждения.
Третьим условием является то, что сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно быть меньше критического . Изобразим на рис. 11 характеристику холостого хода генератора E = f (Iв) (кривая 1) и вольт — амперную характеристику сопротивления цепи возбуждения Uв = Rв·Iв, где Uв — падение напряжения в цепи возбуждения. Эта характеристика представляет собой прямую линию 2, наклоненную к оси абсцисс под углом γ (tg γ

Ток обмотки возбуждения увеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения. ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличению тока обмотки возбуждения, магнитного потока и ЭДС. Рост ЭДС от тока возбуждения замедляется при насыщении магнитной цепи машины.
Рис. 11

Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме.
Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения Rкр, когда
γ = γкр, самовозбуждение становится невозможным. При критическом сопротивлении вольт — амперная характеристика цепи возбуждения становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода, а в якоре появляется небольшая ЭДС.

6. Работа электрической машины постоянного тока
в режиме двигателя. Основные уравнения

Под действием напряжения, подведенного к якорю двигателя, в обмотке якоря появится ток Iя. При взаимодействии тока с магнитным полем индуктора возникает электромагнитный вращающий момент

где CM — коэффициент, зависящий от конструкции двигателя.
На рис. 12 изображен схематично двигатель постоянного тока, выделен проводник якорной обмотки.

Ток в проводнике направлен от нас. Направление электромагнитного вращающего момента определится по правилу левой руки. Якорь вращается против часовой стрелки. В проводниках якорной обмотки индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. Эта ЭДС направлена встречно току якоря, ее называют противо-ЭДС.
Рис. 12

В установившемся режиме электромагнитный вращающий момент Мэм уравновешивается противодействующим тормозным моментом М2 механизма, приводимого во вращение.

На рис. 13 показана схема замещения якорной обмотки двигателя. ЭДС направлена встречно току якоря. В соответствии со вторым законом Кирхгофа , откуда

. (3)

Рис.13 Уравнение (3) называется основным уравнением двигателя .

Из уравнения (3) можно получить формулы:

(4)
(5)

Магнитный поток Ф зависит от тока возбуждения Iв, создаваемого в обмотке возбуждения. Из формулы (5) видно, что частоту вращения двигателя постоянного тока n2 можно регулировать следующими способами:

  1. изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;
  2. изменением тока якоря с помощью реостата в цепи обмотки якоря;
  3. изменением напряжения U на зажимах якорной обмотки.

Чтобы изменить направление вращения двигателя на обратное (реверсировать двигатель), необходимо изменить направление тока в обмотке якоря или индуктора.

7. Механические характеристики электродвигателей
постоянного тока

Рассмотрим двигатель с параллельным возбуждением в установившемся режиме работы (рис. 14). Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке.

, откуда

(6)

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения якоря n2 от момента на валу M2 при U = const и Iв = const.
Уравнение (6) является уравнением механической характеристики двигателя с параллельным возбуждением.
Рис. 14

Эта характеристика является жесткой. С увеличением нагрузки частота вращения такого двигателя уменьшается в небольшой степени (рис. 15).

где k — коэффициент пропорциональности.
Момент на валу двигателя пропорционален квадрату тока якоря.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector