Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Полтавский национальный технический университет им. Ю. Кондратюка

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

05.03.2016

Размер:

2.12 Mб

Скачать

☆

1 / 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

В.В. Онушко, О.В. Шефер

МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Навчальний посібник із модуля «Машини постійного струму» дисципліни «Електричні машини» для студентів

вищих навчальних закладів

Полтава Видавництво ПолтНТУ

2007

УДК 621.313

Відповідальний за випуск – завідувач кафедри автоматики та електропривода, д. т. н., професор М. В. Галай

Рецензенти:

А. М. Сільвестров, д. т. н., професор кафедри автоматики та електропривода ПолтНТУ; Г. М. Кожушко, професор, завідувач кафедри товарознавства та

експертизи непродовольчих товарів Полтавського університету споживчої кооперації України

Рекомендовано до друку науково-методичною радою Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка, Протокол № 4 від 16.03.2007р.

Онушко В. В., к.ф.-м.н., доцент кафедри автоматики та електропривода Шефер О. В., к.т.н., доцент кафедри автоматики та електропривода

Машини постійного струму: Посібник – Полтава: Видавництво ПолтНТУ, 2007. – 111 с.

У посібнику розглянуто програмні питання модуля «Машини постійного струму» курсу «Електричні машини»; матеріали лекцій, які читаються студентам ПолтНТУ за спеціальністю 7.092203 «Електромеханічні системи автоматизації та електропривід», наведено приклади розв‟язання задач для практичних занять і опис лабораторних робіт. Для закріплення матеріалу в посібнику подано задачі для самостійної роботи й тести для перевірки знань.

	Зміст
	Вступ............................................................................................................	5
1.	Програмні питання модуля «Машини постійного струму» (МПС) .........	5
2.	Закони електромагнетизму ...........................................................................	5
	2.1. Загальні закони ...................................................................................	5
	2.2. Основні закони електричних кіл.......................................................	8
3.	Машини постійного струму ........................................................................	10
	3.1. Принцип дії МПС ..............................................................................	10
	3.2. Влаштування машин постійного струму ........................................	12
	3.3. Обмотки якоря МПС .........................................................................	14
	3.4. Умови симетричності обмоток якоря..............................................	18
	3.5. Вибір обмотки якоря для МПС ........................................................	19
4.	Електрорушійна сила обмотки якоря .........................................................	20
5.	Електромагнітний момент МПС .................................................................	21
6.	Способи збудження МПС ............................................................................	23
7.	Рівняння напруг і моментів .........................................................................	25
8.	Характеристики ДПС із паралельним та незалежним збудженням........	27
9.	ДПС послідовного та змішаного збудження .............................................	29
10. Пуск ДПС ....................................................................................................		31
	10.1. Прямий пуск .....................................................................................	31
	10.2. Перехідний процес при пуску ДПС ...............................................	31
	10.2.1. Виведення диференційного рівняння для швидкості
	обертання n.......................................................................................	32
	10.2.2. Виведення диференційного рівняння для струму іа ........	34
	10.3. Реостатний пуск ...............................................................................	37
	10.4. Пуск шляхом плавного підвищення напруги................................	37
11. Способи регулювання швидкості обертання ДПС ................................		38
12. Способи гальмування ДПС .......................................................................		39
13. Втрати та коефіцієнт корисної дії в МПС................................................		41
14. Реакція якоря...............................................................................................		44
	14.1. Визначення та фізичний зміст реакції якоря.................................	44
	14.2. Способи боротьби зі шкідливими явищами реакції якоря ..........	46
	14.3. Причини появи іскор на колекторі .................................................	48
15. Процеси в МПС при комутації..................................................................		49
	15.1. Аналітична залежність струму в секції обмотки якоря від
	часу комутації ...........................................................................................	49
	15.2. Прямолінійна комутація ..................................................................	52
	15.3. Уповільнена комутація ....................................................................	53
	15.4. Прискорена комутація .....................................................................	54
	15.5. Способи поліпшення комутації МПС ............................................	54
	15.6. Радіоперешкоди МПС......................................................................	59
16. Тестові питання для перевірки знань .......................................................		60
	3

17.	Тестові задачі для перевірки знань...........................................................	76
18.	Приклади розрахунку параметрів і характеристик МПС.......................	81
19.	Приклади для самостійного розв‟язання .................................................	93
20.	Лабораторні роботи ....................................................................................	95
	20.1. Дослідження двигуна постійного струму з паралельним
	збудженням ...............................................................................................	95
	20.2. Випробування генератора постійного струму з паралельним
	збудженням ..............................................................................................	102
21.	Питання для самостійної роботи з літературою.....................................	107
22.	Контрольні питання...................................................................................	108
23.	Відповіді .....................................................................................................	109
	Список літератури ...................................................................................	110

Вступ

Навчальний посібник призначений для самостійного вивчення основ теорії, будови, принципу дії та експлуатаційних властивостей модуля „Машини постійного струму” студентами спеціальності 7.092203 “Електромеханічні системи автоматизації та електропривід”. У посібнику наведені основні закони електромагнетизму, знання яких необхідне для засвоєння теоретичного матеріалу, та матеріали лекції, що читаються студентам 3-го курсу з дисципліни «Електричні машини». Посібник відповідає програмі підготовки бакалаврів. Для підготовки до практичних і лабораторних занять подані приклади розв‟язання задач та задачі для самостійної роботи, а також опис лабораторних робіт, які проводяться у рамках вивчення модуля „Машини постійного струму” (МПС). Для перевірки здобутих знань у посібнику також наведені контрольні тести та питання.

1. Програмні питання модуля «Машини постійного струму» (МПС)

Будова і принцип дії МПС. Роль колектора й щіток. Принцип виконання якірних обмоток. ЕРС обмотки якоря та електромагнітний момент. Розрахунок магнітного ланцюга і магнітна характеристика. Реакція якоря та способи уникнення її шкідливого впливу. Визначення і суть процесу комутації. Способи поліпшення комутації. Генератори постійного струму. Рівняння ЕРС та моментів. Характеристики генераторів. Двигун постійного струму. Рівняння ЕРС і моментів. Способи пуску, збудження та гальмування. Механічні й робочі характеристики двигуна. Регулювання частоти обертання. Втрати та коефіцієнт дії.

2. Закони електромагнетизму

2.1. Загальні закони

Закони електромагнетизму лежать в основі розрахунків електричних машин, робота яких основана на взаємодії магнітних полів, створюваних обмотками із струмами.

Величина магнітного поля у кожній точці простору визначається вектором магнітної індукції , напрям котрого збігається з дотичною до магнітної силової лінії, яка проходить через дану точку. Одиниця магнітної індукції – тесла (Тл).

Значення індукції залежить від вектора напруженості Н, А/м, магнітного поля і магнітних властивостей середовища


B r	0H ,	(2.1)
5

де r – відносна магнітна проникність середовища;о =4 10-7 Гн/м – магнітна стала.

Якщо проінтегрувати нормальну складову індукції по площі поверхні S, то дістанемо магнітний потік

Ф BdS ,	(2.2)
s
одиниця якого – вебер (Вб). Якщо поле однорідне і вектор магнітної
індукції перпендикулярний до поверхні S, то
Ф=В S .	(2.3)
Магнітне поле має властивість неперервності, тобто

BdS 0 .	(2.4)

Закон Біо – Савара встановлює зв„язок між струмом та індукцією в

однорідному середовищі. Складова магнітної індукції, створена елементом

струму Idl , дорівнює
dB r 0					(2.5)
		I dl		R ,

	4		R3

де R – радіус-вектор, напрямлений від елемента струму в дану точ-

ку.

Правило буравчика. Навколо провідника зі струмом силові магнітні лінії розміщуються по колу, а вектор магнітної індукції має напрям у бік руху годинникової стрілки, якщо дивитись за напрямом струму.

Закон повного струму. Інтеграл напруженості магнітного поля по замкненому контуру дорівнює алгебраїчній сумі струмів, охоплених цим

контуром,

H dl	Ik .	(2.6)

Відповідно до закону повного струму напруженість магнітного поля навколо безкінечно довгого провідника зі струмом І в однорідному магнітному середовищі на відстані радіуса r від осі провідника становить

H I / 2 r .			(2.7)
Магнітна напруга Uм між двома точками а і b контуру дорівнює ін-
тегралу від напруженості між цими точками
		a
U	m	H dl .	(2.8)
	m	b
		b

Закон Ампера. Магнітне поле виявляє силову дію на елемент dl провідника зі струмом І (сила Ампера). Значення цієї сили пропорційне магнітній індукції


dF	I dl	B .	(2.9)
Якщо провідник зі струмом розміщений перпендикулярно до сило-
вих ліній магнітного поля, то на нього діє сила
	F=B I l ,		(2.10)

де l – довжина провідника.

Напрям цієї сили можна визначити за правилом лівої руки (рис.2.1,

а).

Закон електромагнітної індукції (формулювання Максвела). Для замкненого контуру електрорушійна сила (ЕРС) дорівнює

				d
		E (V	B) dl	d	,	(2.11)
				dt
де		– швидкість руху контуру в магнітному полі з індукцією
де	V	– швидкість руху контуру в магнітному полі з індукцією				B ;
		– одиниця довжини контуру ;
	dl	– одиниця довжини контуру ;

dФ/dt – швидкість зміни магнітного потоку Ф у часі t.

Рис. 2.1. Правило лівої (а) та правої (б) руки

Така сама ЕРС індукується в нерухомому контурі при зміні магнітного потоку, що пронизує контур. Якщо контур складається з W витків (котушка) , кожен із яких пронизується одним і тим самим потоком Ф, то наведена ЕРС у w разів більша. В загальному випадкові

	E		d			,		(2.12)
	E					,		(2.12)
				dt
	де = w Ф – потокозчеплення котушок.
	При відносному русі зі швидкістю			V		у магнітному полі з індукцією
								у ньому збуджується ЕРС
B	вільно орієнтованого провідника довжиною l							у ньому збуджується ЕРС

	E B l	V .						(2.13)

	Якщо однорідні магнітні поля B ,	V		і	l		орієнтовані за трьома взаєм-

но перпендикулярними осями, то напрям наведеної ЕРС можна визначити за правилом правої руки (рис.2.1, б), а її абсолютна величина дорівнює

Е=B l V.

(2.14)

Це співвідношення відоме як закон електромагнітної індукції у формулюванні Фарадея.

Якщо магнітний потік виникає від власного струму і котушки, то по-

токозчеплення дорівнює
	l =L I ,				(2.15)
де L – індуктивність котушки.
У котушці виникає ЕРС самоіндукції
E	d l	L	di	.	(2.16)
E		L		.	(2.16)
l	dt		dt
	dt		dt

Якщо магнітний потік зчеплення з котушкою сторонній, потокозчеплення визначається за формулою

м=М іст ,	(2.17)
де М – взаємоіндуктивність із котушкою, в якій проходить сторонній

струм іст.

Відповідно при зміні цього струму в котушці буде збуджуватись

ЕРС взаємоіндукції
Е		d m	M	dicm	.	(2.18)
Е	m		M		.	(2.18)
	m	dt		dt
		dt		dt

Закон Ленца. ЕРС, яка наводиться у контурі змінним магнітним потоком, намагається індукувати струм, направлений так, щоб перешкодити зміні магнітного потоку.

Робоче магнітне поле існує в єдності з електричним полем, спільну дію яких можна визначити, звернувшись до електричних кіл.

2.2. Основні закони електричних кіл

Відомі такі основні прояви електромагнітного поля в приймачах електричної енергії – пасивних елементах кіл:

1)електричний струм нагріває провідник;

2)змінне магнітне поле збуджує ЕРС самоіндукції;

3)змінне електричне поле в діелектрику індукує електричний струм зміщення.

Найпростішими елементами кіл, у яких використовується в основному одне із цих явищ, називають відповідно резистор, індуктивну котушку та конденсатор.

Закон Ома встановлює залежність струму від напруги на ділянці ко-

ла.

На резистивному елементі з опором R напруга і струм пов„язані лінійною залежністю

Ur=R i .

(2.19)

На індуктивному елементі з індуктивністю L

		U		L		di	.		(2.20)
			l
						dt

На ємнісному елементі з ємністю С, наприклад конденсаторі,
		i C			dU c			.	(2.21)

						dt
Закон Ома для кола постійного струму має вигляд (2.19), а для кола
змінного струму
		U I Z ,							(2.22)
де	U	– напруга на повному комплексному опорі Z R j X L X C ;

XL= L ; XC=1/ C – відповідно індуктивний і ємнісний опори;
=2 f – кутова частота; f – частота змінного струму І; j									1	.
Перший закон Кірхгофа (для вузла) – алгебраїчна сума струмів
усіх гілок, з‟єднаних із вузлом, дорівнює нулю
					ik 0,				(2.23)
де ік – миттєве значення струму в k-тій гілці.
У колі постійного струму Ik					0, де позитивними беруться, напри-

клад, значення струмів, що мають напрям до вузла, а негативними – від ву-

зла (рис.2.2, а).

І1	І2	І2	І2
І1	І2	І1	І2
		або	І3
		або
	І3	І3	І1
	І3	І3
I1 I2 I3 0		I 1 I 2 I 3 0
	а)	б)	в)
		Рис.2.2. Перший закон Кірхгофа

У колі синусоїдального струму для діючих значень у вузлі справедлива векторна сума

I k 0 .	(2.24)
k

Останнє рівняння можна подати в аналітичному вигляді або векторною діаграмою (рис. 2.2, б, в).

Другий закон Кірхгофа (для контуру) – в будь-якому замкненому контурі розгалуженого кола алгебраїчна сума ЕРС дорівнює алгебраїчній сумі падінь напруги на всіх елементах цього кола

Ek U k .

(2.25)

I1		XC1
		XC1
2		3
R		XL1
1
Е		I2
Е		R2
	U14	XC2
1	U14	4
1		4

-j		I
X		I
	C1	1
		1
j
X
2I
C
2

U14

j	I
X
L1	1
	1

-R	I	2
2		2

R	I	1
1		1

Рис.2.3. Схема замкненого електричного контуру та його векторна діаграма

Для кола постійного струму можна записати

k 1

Rk Ik

k 1

Uk . (2.26)

k 1

Для кола змінного синусоїдального струму другий закон Кірхгофа записуємо

p	n	m
Ek	Z k I k	U k .	(2.27)
k 1	k 1	k 1

Останнє рівняння можна подати в аналітичному вигляді

E=R1I1+jXL1I1-jXc1I1-R2I2+jXc2+U14 (2.28)

або векторною діаграмою (рис.2.3).

3.Машини постійного струму

3.1.Принцип дії МПС

B
			Принцип	дії	генератора	постійного
	l		струму (ГПС) оснований на законі електро-
			магнітної індукції		(2.11), (2.14), причому
		x	формулювання	Фарадея (2.14)		випливає із
0
	x		формулювання Максвела та має однаковий

Рис. 3.1. Рух провідника l	фізичний зміст (рис.3.1)

умагнітному полі B із постійною швидкістю

1 / 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
09.11.20187.43 Mб47Мат аналіз лекції зібрані.doc
#
21.12.2018280.58 Кб2Мат лог Л 02 24-39.doc
#
30.07.201958.88 Кб1Мат лог Л 08 133-145.doc
#
21.12.201880.9 Кб2Мат лог Л 14 АА ст 222-225.doc
#
23.11.2018304.64 Кб6МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО СТАЦІОНАР.doc
#
05.03.20162.12 Mб95МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ.pdf
#
12.09.2019100.86 Кб2МВ до вироб. практики. doc.doc
#
12.11.2019344.06 Кб1МВ ЕА ргр-2 v2.0.10.doc
#
05.03.2016248.83 Кб4МВ ЕА-контрольна.doc
#
25.11.20184.65 Mб1МВ маг 07.04.2009.doc
#
12.11.2019491.71 Кб4МВ ПЗ Планування міст та благоустрій БМ (1).docx