§2. Энергетическая диаграмма.

Приложенный к валу генератора момент уравновешивается

М_вала=М_тр+М_эм+М_ст,

где М_тр– момент трения, созданный силами трения;

М_эм– электромагнитный момент;

М_ст– момент статический или М_х.х.

Следует заметить:коллектор служит механическим выпрямителем переменного тока в постоянный. Генератор – это преобразователь механической энергии в электрическую.

Двигатель– преобразователь электрической энергии в механическую. К двигателю подводят электрическую энергию

Р_подв=U_aI_a

По виткам якоря потечет ток, возникнет электромагнитный момент, движущий

М_эм=- для одного витка

Якорь придет в движении. При вращении витка в нем возникает э.д.с.

е_витка=2е_пров=

Эта э.д.с. направлена против направления тока, поэтому приложенное напряжение уравновешивается.

U_a=E_a+I_aR_a

Энергетическая диаграмма будет иметь вид:

§3. Основные электромагнитные соотношения машины постоянного тока.

τ – полюсное деление;

N– число проводников, уложенных в пазах якоря;

2р – число полюсов;

- число проводников под одним полюсом;

В_ср– средняя величина индукции;

В_δm– индукция максимальная в воздушном зазоре.

Предположим:

1) шаг обмотки у₁= τ (полюсному делению);

2) щетки установлены на геометрической нейтрале.

Примем за число параллельных ветвей обмотки якоря = 2а (относительно зажимов машины). Тогда э.д.с. всех проводников параллельной ветви складываются арифметически и для вычисления Е_аможно просуммировать э.д.с.проводников, расположенных под одним полюсом, и умножить результат на. Таким образом

Е_а=,

где В_δк– значение индукции под к-ым проводником на протяжении полюсного деления.

При достаточно большом можно положить

=В_ср,

где В_ср– среднее значение магнитной индукции на протяжении полюсного деления.

В_ср=

Кроме того, окружная скорость якоря V=2pτnилиV=ωR_a. Подставим и получим

Е_а=В_ср===

Е_а=, с_М=

или

Е_а=

Таким образом, Е_апропорциональна основному магнитному потоку и скорости вращения и не зависит от формы кривой распределения индукции в воздушном зазоре.

Если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали, то э.д.с. меньше. Если щетки сдвинуты с нейтрали на половину полюсного деления, то Е_а=0.

Электромагнитный момент.При тех же предположениях, что и при выводе Е_а, электромагнитный момент машины

М_эм=2р

Подставим Д_а=

М_эм=

Электромагнитная мощность.

Р_эм=I_aE_a=M_эм∙ω

U_a=E_a+I_aR_a– для двигателя

- для двигателя

- для генератора

E_a=U_a-I_aR_aприравняем=U_a-I_aR_a

Отсюда найдем

§4. Общие сведения об обмотках машин постоянного тока (якорных обмотках).

Обмотки подразделяются на:

• простые и сложные;

• петлевые и волновые.

Витком называется совокупность прямого и обратного проводников.

Секция – часть обмотки, состоящая из одного или нескольких витков, последовательно соединенных и присоединенных своими концами к коллекторным пластинам.

Рис. Одновитковая и двухвитковая секция петлевой обмотки (а) и волновой обмотки (б).

В простейшем случае в пазу находятся две секционные стороны: одна в верхнем и другая в нижнем слое. При этом число пазов якоря Z=числу секцийS=числу коллекторных пластинk. Однако, для уменьшения пульсаций выпрямленного тока и напряжения, а также во избежание возникновения чрезмерно большого напряжения между соседними коллекторными пластинами число пластин должно быть большим. Обычно приU_н=110 – 220 Вk/2р=12. . . 35. С другой стороны, изготовление якоря с большим числом пазов нецелесообразно – теряется мощность машины. Поэтому в каждом слое паза располагают рядом несколько (u_п=2, 3, 4, 5) секционных сторон. При этомk=S=u_пZ.

В данном случае говорят, что в каждом пазу имеется u_пэлементарных пазов, так что в каждом слое элементарного паза имеется одна секционная сторона. На схемах обмоток стороны секций, находящихся в верхнем слое, будем изображать сплошными линиями, нижнем – штриховыми.