2. Електричні машини постійного току

2.1. Коротка теоретична довідка

Вивчення електричних машин постійного струму треба починати з принципу дії й конструкції. З огляду нате, що машина постійного струму оборотна, тобто може працювати в режимах генератора і двигуна, вивчення таких питань, як способи збудження, електромагнітний момент, ЕРС і низка інших, необхідно розглядати в зіставленні для обох режимів. Дуже важливо розуміти зв'язок між напругою на затисках машини U, її ЕРС E і спаданням напруги R_Я∙ I_Я в обмотці якоря для режимів генератора і двигуна: для генератора Е=U+R_Я∙ I_Я, для двигуна Е=U + R_Я∙ I_Я.

Вивчаючи роботу машини постійного струму в режимі двигуна, треба звернути особливу увагу на пуск, регулювання частоти обертання й обертовий момент двигуна, а в режимі генератора – на самозбудження. Характеристики генераторів і двигунів дають наочне уявлення про експлуатаційні властивості електричних машин.

Після вивчення даного розділу студент повинен:

1) знати основні конструктивні елементи машин постійного струму: статор, обмотку збудження, якір, обмотку якоря; терміни: щітково-колекторний вузол, геометрична і фізична нейтралі, реакція якоря, комутація, проти – ЕРС; класифікацію машин постійного струму за способами збудження; зовнішні характеристики генераторів постійного струму всіх способів збудження; механічні характеристики двигунів постійного струму всіх способів збудження; способи пуску двигунів постійного струму; способи регулювання частоти обертання двигунів постійного струму;

2) розуміти: призначення основних конструктивних елементів машин постійного струму; принцип дії генератора і двигуна постійного струму; рівняння електричного стану генератора і двигуна постійного струму; призначення пускових і регулювальних опорів; енергетичні діаграми генератора і двигуна постійного струму;

3) уміти: вмикати в мережу, регулювати частоту обертання і робити реверс двигуна постійного струму; відрізняти по зовнішньому виду машину постійного струму від інших типів електричних машин; орієнтуватися в паспортних даних машин і визначати номінальний момент; вибирати двигун згідно до заданих технічних умов.

2.2. Приклади розв’язання задач

Задача 1. Дано генератор паралельного (рівнобіжного) збудження з номінальними даними: Рном = 5,2 кВт, Uном=230 В и частотою обертання n_ном = 2860 об/хв. Опір обмотки якоря Rя=0,75 Ом, опір ланцюга збудження Rв = 154 Ом, механічні і магнітні втрати складають 4% від номінальної потужності генератора. Визначити момент на валу первинного двигуна.

Розв’язання задачі

Номінальний струм навантаження:

Струм збудження:

Струм якоря при номінальному навантаженні:

Ерс генератора:

Втрати в обмотці якоря й у ланцюзі збудження:

Сума механічних і магнітних утрат:

Сумарні втрати при номінальному навантаженні:

Потужність на валу первинного двигуна

ККД генератора при номінальному навантаженні:

Момент на валу первинного двигуна при номінальному навантаженні генератора:

Задача 2. Двигун рівнобіжного збудження, приєднаний до мережі з напругою = 220 В, споживає при номінальному навантаженні струм Іном=20,5 А, при холостому ході - І0 =2,35 А. Опір обмотки якоря Rя=0,75 Ом, а в ланцюзі збудження Ів=258 Ом. Номінальна частота обертання об/хв.. Визначити номінальну потужність двигуна (на валу), номінальний ККД, номінальний обертаючий момент, пусковий струм під час пуску двигуна без пускового реостата, опір пускового реостата для умови Iпуск=2,5∙ Iном і пусковий момент під час пуску двигуна з реостатом. Побудувати природну механічну характеристику двигуна. Під час розв’язання задачі урахувати, що магнітні і механічні втрати не залежать від навантаження.