Практическое занятие № 9 Электрические машины постоянного тока. Основные ведения об электрических машинах постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока (ЭМПТ) состоит из индуктора, якоря и коллектора. Индуктор расположен на полюсах статора и предназначен для создания постоянного в пространстве магнитного поля. Якорем машины является вращающаяся часть (ротор), в проводниках которого наводится переменная ЭДС. Для получения на зажимах генератора постоянной во времени ЭДС предназначен коллектор якоря (механический выпрямитель).

ЭМПТ в зависимости от способа включения имеющихся двух обмоток возбуждения индуктора относительно обмотки якоря различают схемы независимого и самовозбуждения. При независимом возбуждении обмотка возбуждения питается постоянным током от постороннего источника, при самовозбуждении у генератора – непосредственно от зажимов якоря ( у двигателя – от того же источника). Схемы с самовозбуждением подразделяются на параллельное, последовательное и смешанное возбуждения.

Независимо от режима работы ЭМПТ генератором или двигателем в проводниках вращающегося якоря индуцируется ЭДС , где - постоянная, зависящая от конструктивных данных машины; - частота вращения якоря; - результирующий магнитный поток.

В соответствии с первым законом Кирхгофа ток нагрузки I (генератора) и двигателя равен где - ток якоря; - ток обмотки возбуждения; «+»- для двигателя ; «-» - для генератора.

Согласно второго закона Кирхгофа, уравнение электрического состояния для цепи якоря относительно напряжения на его зажимах:

,

где - сопротивление якоря; знак «+» в режиме двигателя; знак «-» в

режиме генератора.

В результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком обмотки возбуждения возникает электромагнитный момент , где - постоянная, зависящая от конструктивных данных машины. У генератора этот момент тормозной, для двигателя – движущий.

Уравнение скоростной характеристики электродвигателя параллельного возбуждения , где - пусковой реостат в цепи якоря.

Уравнение механической характеристики двигателя с параллельным возбуждением имеет вид

.

КПД электродвигателя определяется отношением полезной мощности на валу к мощности , потребляемой из сети:

где - электрические потери в цепи якоря;

- электрические потери мощности в цепи возбуждения; - магнитные потери мощности на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе якоря; - механические потери; - добавочные потери.

КПД генератора определяется отношением выработанной электрической мощности в сеть к мощности , подведенный к валу генератора от первичного двигателя.

Решение. Принципиальная схема генератора параллельного возбуждения имеет вид (Рис. 29).

U Iя IH Е IB Я IB Ш1 Rp ОВ Ш2 Рис. 29

1) Сопротивление цепи возбуждения 2) Сопротивление цепи якоря , где - номинальное значение тока якоря тогда.

3) ЭДС Е_н якоря при номинальной нагрузке из уравнения электрического равновесия в цепи якоря

4) Ток короткого замыкания определяется из уравнения электрического состояния генератора

При постоянной скорости вращения якоря ЭДС и . Откуда . Тогда При коротком замыкании , и

5)КПД

Задача 2. Электродвигатель постоянного тока параллельного возбуждения имеет следующие номинальные данные: Мощность потерь двигателя составляет от потребляемой номинальной мощности.

Определить: 1) величину сопротивления пускового реостата для пуска двигателя пусковым током 2) величину номинального электромагнитного вращающего момента М_н; 3) величину пускового вращающего момента , полагая, что ; 4) суммарные потери в двигателе ΔP.

Решение. 1) Сопротивление пускового реостата. 1.1 Для двигателя параллельного возбуждения (Рис. 30) справедливо соотношение: где - противо-ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря

U QF IH Rпуск E IB Iя Ш1 Rр ОВ Ш2 Рис. 30

при номинальной скорости вращения Номинальный ток якоря В момент пуска и поэтому пусковой ток якоря будет чрезмерно большим. для его ограничения последовательно с якорем включают пусковой реостат , тогда откуда

1.2 Мощность потребляемая двигателем из сети

1.3 Номинальный ток двигателя

1.4 Ток возбуждения

1.5 Номинальный ток якоря

1.6 Сопротивление обмотки якоря

Сопротивление пускового реостата

при включении без пускового реостата пусковой ток в якоре был бы

.

2) Вращающий электромагнитный момент двигателя при номинальном режиме

3) Пусковой вращающий момент определим, используя зависимость вращающего момента от магнитного потока тока якоря :

, тогда и , откуда

4) Суммарные потери в двигателе ΔР=Р_1н-Р_н=11,6-10=1,6 кВт.

Задача 3. Электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения (Рис.31) имеет следующие номинальные данные:

Определить: 1) номинальную мощность ; 2) мощность, подводимую из сети 3) ток двигателя ; 4) потери в якоре и обмотке возбуждения 5) сопротивление пускового реостата ; 6) величину пускового момента при , если известно, что увеличению тока возбуждения в 2,5 раза соответствуют повышение магнитного потока в 1,8 раза.

Решение. 1) Номинальная мощность электродвигателя последовательного возбуждения:

U QF С1 Rпуск ОВ Iя С2 Е Рис. 31

2) Мощность, потребляемая электродвигателем из сети 3) Ток двигателя

Так как в двигателе последовательного возбуждения , то

4) Мощность потерь в обмотке якоря и в обмотках возбуждения ,

5) Ток в якоре при пуске двигателя

Сопротивление пускового реостата

6) Определяем величину пускового момента из выражения электромагнитного момента

откуда

Тогда

Двигатели последовательного возбуждения обладают весьма большим пусковым моментом и мягкой механической характеристикой, что особенно ценно для тяговых двигателей (трамваи, троллейбусы, электрокары, стартера двигателей внутреннего сгорания автомобилей и тракторов и т.д.).