Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические машины. Машины постоянного тока. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 32 3 > Следующая >>>

Для устранения реакции якоря применяется компенсационная об-







мотка. Её укладывают в пазах полюсов и соединяют последовательно с якорем.

При вращении якоря происходит непрерывный переход щёток с одной коллекторной пластины на другую. Под действием индуктивности якоря по 1-му закону коммутации ток в этот момент не может измениться скачком. В результате

в момент коммутации возникает искрение. Для устранения этого явления между основными полюсами ставят дополнительные полюса и их обмотки соединяют последовательно с якорем.

5. Электромагнитный момент

Известно, что на проводник с током, двигающийся в постоянном магнитном поле, действует электромагнитная сила F, направление которой определяется по правилу левой руки.

По закону Ампера

– ток в проводнике.

где I

BlI

, (8)

В поле одного полюса находятся N/2p проводников якоря с одинаковым током параллельной ветви

a я

/2II а

. Тогда момент от сил

одного полюса

dIl

яя

 

1cp я

22 2 2 2

ap a



. (9)

Общий момент равен:

рN



(10)

или

= Се = С – коэффициент, определяемый конструктивными

где С

С I

мя

, (11)

особенностями машины.

Выражение момента можно также получить из равенства электромагнитной и механической мощности якоря:





Следовательно,

I М . (12)



С I

мя

ЕI рNI

яя

 

6. Коэффициент полезного действия и потери мощности в машинах постоянного тока

Номинальный КПД электрической машины – это отношение но-

минальной мощности к мощности потребляемой:

где Р

– номинальная мощность, указанная в паспорте машины

(для двигателя – механическая мощность на валу, для генератора – электрическая мощность, отдаваемая в нагрузку);

– потребляемая мощность (для двигателей – электрическая

мощность из сети, для генератора – механическая мощность приводного двигателя).

В процессе работы при преобразовании одного вида энергии в другой в машине возникают потери мощности, вызывающие нагрев её частей, поэтому потребляемая мощность всегда больше номинальной мощности

РРР

1 нпот



, (13)

 , (14)

где Р

здесь R

– потери мощности в машине.

пот

Р RI РР Р

пот я я мя мех в

– электрические потери в обмотке якорной цепи, которые

яIя

 

, (15)

составляют 50 % всех потерь машины при номинальной нагрузке;

– магнитные потери в якоре (составляют 1…3 % от Рн);

мя

– механические потери (1…2 % от Рн);

мех

– электрические потери в цепи возбуждения (0,5…7 % от Рн).

Для машин большой мощности (главные привода прокатных станов Р

 1000 кВт) номинальный КПД составляет 0,92…0,95 (рис. 4).

В целом потери мощности можно разделить на постоянные (Рмя,



, Рв) и переменные, зависящие от нагрузки. Поэтому при умень-

мех

шении нагрузки КПД машины снижается, т.е. изменяется от наибольшего значения при Р

до нуля при холостом ходе.

Следовательно, задачей технологов является разработка режимов

работы, обеспечивающих номинальную загрузку двигателей.

Рис. 4. КПД машины постоянного тока

7. Режимы работы машины постоянного тока

Машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. В генераторном режиме механическая энергия преобразуется в электрическую, а в двигательном – электрическая в механическую.

В зависимости от способа соединения обмотки возбуждения и якоря относительно внешней сети или нагрузки различают генераторы и двигатели независимого, параллельного смешенного возбуждения.

Режим генератора. В генераторе независимого возбуждения, обмотка возбуждения LG питается постоянным напряжением от независимого источника U

(рис. 5). Если асинхронным или синхрон-

ным двигателем привести во вращение якорь G и замкнуть внешнюю цепь якоря, то под действием ЭДС Е кать ток I

и передаваться энергия во внешнюю цепь.

в его проводниках будет проте-

Напряжение на зажимах якоря

, последовательного и

– сопротивление обмотки якоря.

где R

UE RI

 , (16)

яя



Рис. 5. Схема включения генератора

На проводники с током будут действовать электромагнитные силы, направление которых определяется по правилу левой руки. Они будут создавать электромагнитный момент, направленный встречно вращению якоря, т.е. создаётся тормозной момент, который преодолевается приводным двигателем.

Таким образом, при работе машины в генераторном режиме создаётся тормозной момент, для преодоления которого необходим приводной двигатель.

Умножив уравнение (16) на ток, получим уравнение баланса мощностей цепи якоря

IUIRI

яяя

, (17)

где ЕI

– электромагнитная мощность генератора;

– мощность, отдаваемая в нагрузку;

– потери мощности в якоре.

яIя

Основной рабочей характеристикой генератора является внешняя характеристика – зависимость U = f(I

) при n = const и Iв = const.

Внешняя характеристика показывает, что напряжение на зажимах нерегулируемого генератора при увеличении тока нагрузки понижается:

UERI

 . (18)

При нагрузках больше номинальной, ЭДС якоря уменьшается вследствие реакции якоря и характеристика становится нелинейной.



Рис. 6. Внешняя характеристика генератора

При номинальной нагрузке напряжение генератора снижается на

8…10 % от U

Поскольку Е = f(Ф) и Ф = f(I

), то напряжение на генераторе мож-

но стабилизировать до номинальной нагрузки путём увеличения тока возбуждения I

Полярность напряжения генератора зависит от тока возбуждения или направления вращения якоря. На практике полярность напряжения изменяют током возбуждения.

Одним из положительных качеств генератора является возможность регулирования напряжения от нуля до номинального значения воздействием на величину тока возбуждения.

Режим двигателя. К неподвижному якорю подключается посто- янное напряжение U от

специального источника. Направление тока в обмотке якоря показано на рис. 7. При этом на проводники якоря будут действовать электромагнитные силы, которые создадут электромагнитный вращающий момент, направленный по часовой стрелке. Этот момент приведёт во вращение якорь. Машина начинает работать в режиме электродвигателя, преодолевая сопротивление механической нагрузки на валу и потребляя

электроэнергию от источника.

При вращении якоря в проводниках наводится ЭДС. По правилу «правой руки» определяем, что направление этой ЭДС противоположно направлению тока. Поэтому принято называть её противоЭДС:

С n

. (19)

Тогда уравнение электрического равновесия для якорной цепи двигателя

UE RI

 . (20)

яя

Уравнение баланса мощностей для якорной цепи двигателя

UI E I R I

яя яя

. (21)

а б

Рис. 7. Принцип работы двигателя постоянного тока:

РМ – рабочий механизм; NS – постоянный магнит

Мощность, потребляемая двигателем из сети, равна электромаг-

нитной мощности машины и мощности потерь в обмотках якоря.

Таким образом, машина постоянного тока может работать как генератор, так и двигатель. Следовательно, в электрической машине направление преобразования энергии может быть изменено. Это основное свойство электрической машины называется обратимостью.

8. Двигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

Структурная схема ДПТ

Структурная схема ДПТ независимого возбуждения представлена

на рис. 8.

Рис. 8. Структурная схема ДПТ

При подключённом напряжении Uв в цепи обмотки возбуждения протекает ток I нитный поток Ф нитный поток Ф

В цепи якоря ток I

, который создаёт намагничивающую силу Iвwв и маг-

. Напряжение U создаёт в цепи якоря ток Iя и маг-

. Результирующий магнитный поток Ф

вызывает падение напряжения RяIя. В соответ-

= Фв + Фя.

рез

ствии с законом электромагнитной индукции при взаимодействии тока I

и магнитного потока Ф

создаётся вращающий момент М. В

рез

установившемся режиме вращающий момент равен моменту сопротивления М

. Вращающий момент приводит в движение якорь маши-

ны. Проводники якоря пересекают магнитные силовые линии поля Ф

и в них наводится ЭДС Ея, которая направлена встречно напря-

рез

жению сети U.

Схемы включения

Для того чтобы машина постоянного тока работала в двигательном режиме, необходимо подключить постоянное напряжение к якорю и обмотке возбуждения.

Двигатель независимого возбуждения (рис. 9) питается от двух независимых источников постоянного напряжения, а двигатель параллельного возбуждения (рис. 10) – от одного источника.

Эти дви-

гатели имеют одинаковые характеристики.

Рис. 9. Двигатель независимого

возбуждения

Рис. 10. Двигатель параллельного

возбуждения

Пуск двигателей

При включении напряжения происходит пуск двигателя, т.е. увеличение частоты вращения от нуля до заданного значения.

При пуске n = 0, тогда в соответствии с формулой (7) Е = 0 и пус-

ковой ток

 Iн. (22)



Сопротивление якорной обмотки двигателя имеет небольшую величину (порядка сотых и тысячных долей Ома), поэтому пусковой ток двигателя в десятки раз (10–30) превышает номинальный ток. Большой ток опасен для щеточно–коллекторного устройства машины и для источника постоянного напряжения.

Для уменьшения пускового тока двигателей параллельного возбуждения в цепь якоря включают

пусковой реостат

R

. (23)

Сопротивление пускового реостата выбирают так, чтобы пусковой ток не превышал максимально допустимый ток двигателя. По мере увеличения скорости противоЭДС растёт, и пусковой реостат шунтируют.

Пуск двигателей независимого возбуждения осуществляют при пониженном напряжении на якоре. Для обеспечения большого пускового момента пуск двигателей производят при номинальном магнитном потоке.

Саморегулирование

двигателей

При работе в статическом режиме ( = const) вращающий момент машины всегда равен моменту сопротивления на валу М = М

При увеличении М при этом уменьшится и ЭДС Е

скорость вращения якоря начнёт снижаться,

якоря (7), а ток и вращающий момент

(11) возрастут. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не установится равенство М = М

при пониженных  и Ея. Ток якоря

возрастёт пропорционально моменту на валу при Ф = const

IС

Подобный процесс происходит и при уменьшении М

. (24)

. Таким об-

разом, двигатели обладают саморегулированием. Роль саморегулятора выполняет противоЭДС Е

Уравнение механической характеристики







Механическая характеристика – зависимость частоты вращения

от вращающего момента n = f(М) в статическом режиме.

В соответствии с формулой (7)

nС

. (25)

Из уравнения электрического равновесия

URI

 (26)

тогда

URI



. (27)

Подставив в (27) значение тока из (24) получим уравнение меха-

нической характеристики:



СС

. (28)

Из уравнения (28) следует, что зависимость n = f(М) носит линей-

ный характер (рис. 11).

Рис. 11. Зависимость n = f(M)

Из рис. 11 видно, что уравнение (28) можно представить в виде:

пп п

 , (29)

где п0 – частота вращения идеального холостого хода;

∆п – падение частоты вращения при увеличении нагрузки.

Механическая характеристика, снятая при номинальных электрических параметрах двигателя, называется естественной и строится по двум точкам:

1) М = 0, n = n

2) M = M

;

, n = nн.

Регулирование скорости двигателей

Регулирование скорости – это принудительное изменение частоты вращения двигателя в соответствии с требованиями технологического процесса.

Из формулы (24) видно, что для двигателей независимого возбуждения существует три способа регулирования:

1) изменением напряжения на якоре при Ф = const; 0  U  U

этому 0  n  n

, т.е. регулирование скорости производится от нуля

, по-

до номинального, т.е. только вниз;

2) изменением магнитного потока при U = const; Ф

а скорость n

 n  n

, т.е. регулирование скорости только вверх

mах

 Ф  Ф

min

(от номинальной и выше);

3) реостатное – включением добавочного реостата в цепь якоря;

применяется только для двигателей малой мощности при редких пусках.

Для двигателей параллельного возбуждения используются два

способа регулирования скорости:

1) реостатное – включением регулировочного реостата в цепь

якоря при Ф = const;

2) изменением магнитного потока

при U = const.

Реверс двигателей. Направление вращения двигателя зависит от направления вращающего момента, которое, в свою очередь, определяется направлением магнитного потока и тока якоря. Таким образом, реверс двигателя можно осуществить изменением полярности напряжения на якоре или направления тока в обмотке возбуждения.

9. Тормозные режимы работы двигателей постоянного тока

Часто в современных электроприводах возникает необходимость быстрого и точного останова механизма в заданном положении или изменения направления его движения. Скорость и точность, с какой

<<< < Предыдущая 12 / 32 3 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]