Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

.pdf
Скачиваний:
56
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.89 Mб
Скачать

вследствие

быстрого

изменения

тока, и

коммутирующая

э. д. с. ек,

наводимая

в секции

за счет

пересечения ре­

зультирующего поля или поля добавочных полюсов.

Кроме

того, в секции

может

возникнуть э. д.

с. взаимо­

индукции

ем, увеличивая

обычно

реактивную

з.

д. с.

ер = еь

+ еш и тем самым

ухудшая

коммутацию.

 

Таким

образом, для узлов Л и В коммутируемой сек­

ции

(рис. 17.18,6)

могут быть написаны следующие урав­

нения

по первому

и второму

законам

Кирхгофа:

 

 

 

 

 

и =

I +

і;

и = / — і;

 

(17.29)

 

 

 

 

1

 

_1 .

 

 

 

 

 

 

 

Єр І &к — НГ1

V 2 )

 

 

 

где

гх

и г2—сопротивления

 

контакта

щетки

под

набе­

 

 

 

гающей и сбегающей

коллекторными

пла­

 

 

 

стинами.

 

 

 

 

 

 

 

Решая

совместно уравнения

(17.29), получим

 

 

 

 

i = jli=rL

+

lE±lL.

 

(17.30)

Переходные сопротивления гх и Г2 обратно пропор­ циональны площадям касания щетки с коллекторными пластинами, и если учесть, что эти площади изменяются пропорционально времени коммутации, то получим:

 

 

«.

 

 

 

Тк

,

 

 

 

 

 

'1

' Ш

<J

' Ш. f

f >

 

 

 

 

 

 

 

1

 

"

 

 

(17.31)

 

 

 

у

у

° Щ

у

' К

 

 

 

 

где

 

 

'2

' щ

<j2

' щ

£ )

контакта всей по­

— сопротивление

переходного

 

верхности щетки;

 

 

 

 

 

 

 

Тк—период

 

коммутации, т. е.

время

замыкания

 

щеткой

секции;

 

 

 

 

 

 

 

/—промежуток

времени от начала

коммутации.

ние

Подставляя

полученные

значения

гх

и г2

в уравне­

(17.30), найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і = і ! і _ 2 -L

)

 

к

— t) t.

(17.32)

 

Очевидно, если

коммутирующая э. д. с. ек

будет рав­

на

реактивной

э. д. с. ev

и направлена

навстречу

ей, то

вторая составляющая

коммутационной силы

тока

будет

370

равна нулю и сила тока будет изменяться по линейному закону

 

 

' - / (

1 - 2 i ) = ' -

(17.33)

 

 

 

 

В

этом

случае сила

тока линейной

коммутации

і л

(рис.

17.19, а) в секции

будет изменяться только в зави­

симости от

сопротивления щеточного

контакта. В

ре-

Рис 17.19. Кривые изменения

тока и сопротивления коммутацион­

ного

контура

зультате плотность тока по всей площади будет одина­ ковой. В этом случае коммутация • наиболее благо­ приятна.

Если же е к ^ е р , то под действием алгебраической суммы этих э. д. с. в секции возникнет добавочная сила тока

 

4 =

^ ^

,

где

Ra=

(Тк~9(

.

(17.34)

В

начале

коммутации,

когда

/ = 0, Ищ=оо

и

іц

= 0.

В середине коммутации,

когда

t = TK/2, / ? щ = 4 г щ

и t'K

до­

стигнет максимума,

а в

конце

коммутации,

когда

t=TK,

Ящ=оо

и і к = 0.

На

рис. 17.19,6, в показаны

кривые

этих

изменений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

371

При е к < е р добавочная сила тока 1К, накладываясь на силу тока линейной коммутации (л , будет задерживать изменение силы тока в секции и она сначала будет изменяться медленнее (кривая /, рис. 17.19, г), чем при линейной коммутации. Такой процесс изменения силы

тока в коммутируемой секции

называется

замедленной

криволинейной

коммутацией.

Она характеризуется не­

равномерным

распределением

тока под щеткой. Так, под

сбегающим краем щетки плотность тока будет больше,

чем под набегающим. Это приведет к искрообразованию

на коллекторе и при малой

степени

компенсации сделает

невозможной

нормальную

работу

машины.

При

е к > е р

изменение силы тока в коммутируемой

секции

будет проходить по кривой 3 (рис. 17.19, г) и опе­

режать изменение силы тока линейной коммутации, т. е. будет иметь место ускоренная криволинейная коммута­ ция. Объясняется это тем, что добавочный ток будет уве­

личивать плотность

тока под набегающим

краем щетки

и уменьшать ее под

сбегающим, создавая

неравномер­

ную плотность тока. Это также приводит к искрообразо­

ванию на коллекторе и при большой степени компенса­

ции вызывает ненормальную работу машины.

Таким образом, основной причиной плохой коммута­

ции в машинах постоянного тока

является добавочный

ток коммутации. Сила этого тока

определяется величи­

ной суммарной э. д. с. е = е р + е к и в основном сопротив­

лением переходного контакта и щетки гщ , т. е.

iK=sJipL.

(17.35)

Отсюда следует, что уменьшить

силу тока /к , а следо­

вательно, улучшить коммутацию можно уменьшением суммарной э. д. с. е = е р + е к ' и л и увеличением сопротив­ ления Гщ. Величина г щ зависит от технических данных щеток. Очевидно, выгоднее применять твердые щетки с большим удельным сопротивлением, например угольнографитные. Однако такие щетки допускают пониженную плотность тока в щеточном контакте, что требует увели­ чения поверхности коллектора и, следовательно, увеличе­ ния габаритов машины. Поэтому твердые щетки приме­ няют только в машинах высокого напряжения. Для боль­ шинства машин наиболее приемлемыми являются электрографитированные щетки. Меднографитные щетки

372

имеют наименьшее удельное сопротивление, а поэтому они применяются только в машинах пониженного напря­ жения.

Уменьшение э. д. с. в коммутируемой секции наибо­ лее эффективно достигается путем создания коммути­ рующей э. д. с, равной по величине и противоположной по направлению реактивной э. д. с. к —ер). В этом случае / к = 0 и процесс коммутации протекает по линейно­ му закону. Для этого в машинах постоянного тока уста­ навливают добавочные полюса, которые компенсируют реакцию якоря и создают нужные коммутирующие э. д. с. в секциях обмотки якоря. Обычно м. д. с. добавочных

полюсов

берут на 15—30%

больше м. д. с. якоря.

Помимо коммутационных

причинами искрения на кол­

лекторе

могут быть: а) механические — неровная по­

верхность коллектора, вибрация щеточного аппарата, неправильное расположение и давление щеток и пр.; б) потенциальные, вызываемые неравномерным распре­ делением напряжения на коллекторе, — между соседни­ ми пластинами, находящимися под краем полюса; напря­

жение может достигнуть больших значений,

особенно

при переменной нагрузке, что может вызвать

проскаки-

вание искр между пластинами и даже перекрытие их дугой.

§ 17.10. МОЩНОСТИ, ПОТЕРИ И К П Д . МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

При работе машин постоянного тока имеют место следующие основные виды потерь:

а) механические рм от трения вала в подшипниках, щеток о коллектор, вращающихся частей о воздух; эти потери определяются по эмпирическим формулам или экспериментально;

б) магнитные рс от вихревых токов и гистерезиса, вычисляемые для определенной части машин по фор­ муле '

pc = hPy(-Ly вюу

(17.36)

где k0 — опытный коэффициент, учитывающий влия­ ние сборки и обработки стали, равный 1,7—4,0 для машин постоянного тока;

373

РУ—удельные

потери,

равные

2-^3,6 Вт/кг при

5 = 1 Т и / = 50 Гц, зависящие от сорта и

толщины

листов

стали;

 

/ — ч а с т о т а "перемагничивания

стали;

р —г коэффициент,

равный для

слаболегирован­

ных и среднелегированных сталей 1,4-М,6,

для высоколегированных— 1,2-7-1,3;

В, О—соответственно

расчетная индукция и масса

в килограммах

данной части машины;

в) электрические рэ от нагревания обмотки якоря, добавочных полюсов, а также потери на возбуждение и в щетках; электрические потери определяются по формуле

 

 

P3

=

rJl

 

+ UBIB

+

AUJ,

(17.37)

где

гя ,

/ я полное

сопротивление

цепи якоря и

сила

 

 

тока

в ней;

 

 

 

 

 

 

^ в .

4 — напряжение

и сила

тока цепи

возбужде­

 

 

ния;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АС7Ш — переходное

падение

напряжения

на

пару

 

 

щеток, обычно равное 2 В;

 

 

г)

добавочные

рл, обусловленные вибрацией

вращаю­

щихся частей, неравномерным

распределением

индукции

и пульсацией потока, а также неравномерным

распреде­

лением

плотности

тока

в отдельных

элементах

машины;

рЛ = 0,01 Ря = 0,01

с/н/в.

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, полные потери в машине постоянного

тока

могут быть выражены следующей формулой:

 

 

 

'Ер=Рм

 

+ Рс

+ Р э + Р а .

(17.38)

Механические и магнитные потери практически не за­ висят от нагрузки машины, поэтому их сумму принято называть потерями холостого хода. Электрические же потери пропорциональны квадрату силы тока якоря и вызывают нагрев машины. Поскольку нагрев возможен до определенной температуры, то электрические потери определяют величину допустимой силы тока, а следова­ тельно, и мощность машины. Мощность машины, опре­ деляемая условиями допустимого нагрева, называется номинальной мощностью. За номинальную мощность ге­ нераторов принимается электрическая мощность на за-

374

жимах машины, а для электродвигателей — механиче­ ская мощность на валу, выраженная в электрических единицах измерения.

М о щ н о с т ь и к. п. д. г е н е р а т о р о в

Мощность, развиваемая генератором, называется

электромагнитной мощностью. Она характеризует ско­

рость преобразования механической энергии в электри­ ческую и определяется произведением силы тока генера­ тора / я и его э. д. с. Е, т. е.

Р 9 М =

£ / Я .

 

(17.39)

Мощность, отдаваемая

генератором

во

внешнюю

цепь, называется полезной

мощностью.

Эта

мощность

определяется произведением напряжения на зажимах ге­

нератора U и силы тока во внешней

цепи /, т. е.

Р = 67.

(17.40)

Отношение полезной мощности генератора к подво­ димой называется коэффициентом полезного действия

генератора, т. е.

=

^ - = 1

(17.41)

где Pi — механическая мощность, подводимая к генера­ тору от первичного двигателя.

К. п. д. генератора — величина непостоянная, он ме­ няется при изменении нагрузки, достигая максимума при нагрузках от 75 до 100% номинальной. К- п. д. генера­ торов малой мощности достигает 75—85%, генераторов средней мощности 85—92% и генераторов большой мощ­ ности 92—97%.

М о щ н о с т ь и к . п . д .

э л е к т р о д в и г а т е л я

Мощность, потребляемая электродвигателем из сети,

определяется

формулой

 

 

 

 

Л =

С//,

(17.42)

где U — напряжение

на зажимах

электродвигателя;

/ — с и л а

тока,

потребляемая

электродвигателем из

сети.

 

 

 

 

375

Полезная мощность Р, развиваемая электродвигате­ лем на валу, меньше потребляемой мощности на вели­ чину потерь в электродвигателе. Поэтому к. п. д. элек­ тродвигателя, представляющий отношение полезной мощности к потребляемой, равен

П = 4- =

^ -

= 1

(17.43)

Р^

РР

Р + ^ Р

'

К. п. д. современных электродвигателей постоянного тока колеблется от 75 до 95% в зависимости от мощно­ сти, причем с увеличением мощности электродвигателя к. п. д. увеличивается.

ГЛАВА ВОСЕМНАДЦАТАЯ

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 18.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Электрические генераторы постоянного тока в зависи­ мости от способа возбуждения делятся на две группы: генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением. В первых обмотка возбуждения пи­ тается от постороннего источника, в частности от акку­ муляторной батареи или от генератора постоянного тока небольшой мощности — возбудителя. В генераторах с са­ мовозбуждением питание цепи возбуждения осущест­ вляется от самого генератора. У генераторов независи­ мого возбуждения цепь возбуждения и цепь якоря элек­ трической связи не имеют, а у генераторов с само­ возбуждением цепи электрически соединены между собой.

Генераторы с самовозбуждением по способу соеди­ нения обмоток возбуждения делятся на генераторы па­ раллельного, последовательного и смешанного возбужде­ ния. На рис. 18.1 изображены принципиальные схемы генераторов постоянного тока.

Очевидно, что каждый генератор рассчитан на опре­ деленный режим работы. Такой режим работы характе­ ризуется номинальной мощностью, номинальным напря­ жением, номинальной силой тока, номинальной частотой вращения и т. д., которые обычно указываются на щит­ ке генератора.

Основные величины, определяющие работу генерато­ ров, зависят друг от друга. Эта зависимость устанавли­ вается с помощью характеристик, которые обычно изо-

377

бражаются в виде кривых. Наиболее важные характери­ стики генераторов следующие.

1. Характеристика холостого хода, представляющая собой зависимость э. д. с. генератора от силы тока воз­ буждения при постоянной частоте вращения и разомкну­

той внешней

цепи, т. е. E f(iB)

при п. =

const

и / = 0.

2.

Внешняя

характеристика,

представляющая

зависи­

мость

напряжения на зажимах

генератора

от силы тока

Рис. 18.1. Принципиальные схемы генераторов постоянного тока

нагрузки при постоянной частоте вращения и неизменном

сопротивлении

цепи

возбуждения, т. е.

£/ = / ( / ) при

п — const и rB

const.

представляющая

3. Регулировочная

характеристика,

собой зависимость силы тока возбуждения от силы тока нагрузки при постоянном напряжении и постоянной ча­

стоте

вращения, т. е. iB—f{I)

при n==const и L/=const.

Основные характеристики позволяют в наглядной

форме

производить анализ

свойств генераторов, которые

в основном определяются

способом возбуждения ма­

шины.

 

 

§ 18.2. ГЕНЕРАТОР НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Генератор постоянного

тока, обмотка

возбуждения

которого не соединена с якорем, называется

генератором

независимого

возбуждения.

На

рис. 18.2

приведена

его

принципиальная электрическая

схема, где

обозначены:

Я — якорь;

ОВ — обмотка

возбуждения;

гр

регулиро­

вочный реостат, служащий

для

изменения

силы

тока

378

возбуждения. Внешняя цепь представлена в виде г н на­ грузочного резистора.

Для возбуждения генератора необходимо пустить первичный двигатель в ход и развить номинальную ча­ стоту вращения. Затем, замкнув цепь возбуждения и из­ меняя силу тока в ней с помощью регулировочного рео­

Рис. 18.2. Схема генератора незави­

 

симого возбуждения

 

 

 

 

 

стата, довести напряжение до U0= (1,1

1,25)

Un.

При

этом сила тока возбуждения определяется

формулой

где г о в

+ гр сопротивление цепи возбуждения,

вклю­

 

чающее

сопротивление

обмотки

возбуж­

 

дения и

сопротивление

регулировочного

 

реостата.

 

 

 

 

 

 

При

разомкнутой

внешней цепи генератор

 

работает

вхолостую, и поэтому напряжение на его зажимах

равно

э. д. с , т. е. Uo = E.

Характеристика холостого

 

хода изо­

бражена

на рис. 18.3. При увеличении

силы

тока

воз­

буждения получим

восходящую ветвь

характеристики,

а при уменьшении — нисходящую. Разница

в

значениях

ординат

восходящей

и нисходящей ветвей

при

 

одинако-

379

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ