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

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

де m – довжина полюса;	a nкbк – довжина якоря без радіаль-
них повітряних каналів; nк –	кількість каналів; bк – ширина	каналів;
a – загальна довжина якоря з вентиляційними каналами.
Магнітний потік полюса дорівнює
Ф В bі і В і і .		(4.5)

Кількість провідників, що знаходяться в полі полюса (тобто в межах bі ),

i N .

(4.6)

Кількість провідників, які входять

в одну паралельну гілку (тобто

ввімкнених послідовно),

i N

(4.7)

Загальна ЕРС, що індукується в обмотці якоря, з урахуванням (4.1),

(4.7) дорівнює:

N і

;

(4.8)

ПР

2 p

;

nDa

2 p n .

2 p

Підставляємо вираз для у (4.8)

2 p n

2 pn

де Da – діаметр якоря (ротора).

Отже, ЕРС, яка індукується в обмотці якоря, дорівнює

Ф n С

Ф n ,

(4.9)

60a

де С

– постійна МПС.

60a

5. Електромагнітний момент МПС

На кожен провідник із струмом іа

в полі В діє сила Ампера (2.10):

F В і Іаn ,

Ni i N – кількість провідників із струмом, що знаходяться

в полі В .

Тоді сумарний електромагнітний момент, діючий на якір (ротор), можна записати у вигляді

М F N

(5.1)

а n

де I

; I

– повний струм якоря;

– струм у паралельній

а n

гілці; 2а – кількість паралельних гілок; D

2 р .

Підставляємо вирази Ian, Da у формулу (5.1), отримаємо

М В

2 р В

рN

(5.2)

2 a

Отже, електромагнітний момент ротора МПС дорівнює

М СМ Ф Іа ,

(5.3)

де СМ

– магнітна постійна МПС.

2 a

n 60 ,

У системі СІ: кутова швидкість обертання 2 f 2

Ф 60

тоді E pN Ф n pN

Ф СМ Ф .

60a

2 a

Отже, в системі СІ

СМ

СЕ pN

(5.4)

2 a

і рівняння для ЕРС та моменту якоря МПС записуються у вигляді:

E K , В;

(5.5)

MK Ia , Н м .

Упрактичній системі одиниць

n об	;	М кг м;	М Н м кг м	,
хв			g

де g 9,81см2 – прискорення земного тяжіння.

Тоді рівняння ЕРС та моменту в практичній системі одиниць записуються у вигляді:

Е СЕФ n 60apN Ф n ;

СМ

Ф I

CМ

Ф I

, кг м ,

2 a g

де CM

2 a g

60a

(5.6)

(5.7)

Відношення постійних у практичній системі одиниць дорівнює

g2 a 2 g

6,28 9,81 1,026 .

(5.8)

60a

CМ

Електромагнітна потужність ротора МПС визначається рівнянням

Pем E Ia .

(5.9)

Тоді, поділивши рівняння (5.5), отримаємо в системі одиниць СІ

E I

M .

(5.10)

ем

У практичній системі одиниць з урахуванням 2 n

2 n

2 M n 0,105M n

(5.11)

ем

або

Pем

9,55

Pем

(5.12)

2 n

6. Способи збудження МПС

Властивості машин постійного струму визначаються способом живлення обмотки збудження. За способом збудження МПС розрізняють:

МПС із незалежним збудженням (рис. 6.1); МПС із паралельним збудженням (рис. 6.2); МПС із послідовним збудженням (рис.6.3); МПС зі змішаним збудженням (рис. 6.4).

Іа					Іа
+		Rз		+
		Iз
			–	Uн	Я
Uн	Я	Uз		Uн	Я
–			+	–
–				–

а)

б)

Рис. 6.1. Незалежне збудження машин постійного струму:

а) електромагнітне збудження; б) збудження постійним магнітом

Схеми включення двигунів відрізняються від схем увімкнення ГПС лише наявністю пускового реостата Rn, що вводиться для обмеження струму при пуску, та напрямком струму якоря.

Для незалежного збудження струм навантаження Iн дорівнює струму якоря Iа

Ia=Iн.

(6.1)

Iн	а'	Iз Rз
+	а'		+
+			+
Uн	Я	Iа	Uн
			Uн

Rн
–	б'		–
	б'

а)

Iн

Iз Rз

а'

Rн	Iа
	Я

б' б)

Рис. 6.2. Паралельне збудження машин постійного струму: а) генератор; б) двигун; Іа – струм якоря; Ін – струм навантажен-

ня; Із – струм збудження; Rз – реостат збудження

На рис.6.2 для генератора а) і для двигуна б) для точки схем а' можна записати 1-й закон Кірхгофа (2.24), який дає співвідношення між струмами якоря, збудження та навантаження для двигуна і генератора при паралель-

ному збудженні:

Iн

для генератора

Iа=Iн+Iз;

(6.2)

Uн

Iа

для двигуна

Rз

Iн=Iа+Iз.

(6.3)

–

При послідовному

збудженні

струм навантаження дорівнює струму

Рис. 6.3. Послідовне збу-

якоря

	дження				Ін=Іа.		(6.4)
+	Iн	а'	Iз2	Iн	Rн	а'	Iз2
		а'		+		а'
				+
Uн	Iа	Я		Uн	Iа	Я
Uн		Я		Uн	Iа	Я
–	Iз1=Iн	б'		–	Iз1=Iн	б'
	Iз1=Iн	б'	Rз	–	Iз1=Iн		Rз

					б)
	а)				б)

Рис. 6.4. Змішане збудження МПС: а) генератор; б) двигун; Із1 – струм збудження послідовної обмотки; Із2 – струм збудження паралельної обмотки

Зв'язок між струмами для змішаного збудження такий:
для двигуна
Iз1=Iн; Iн=Iа+Iз2 ;	(6.5)
для генератора
Iз1=Iн; Iа=Iн+Iз2 .	(6.6)

Найпоширеніше для генераторів збудження паралельне і змішане, для двигунів – паралельне та послідовне.

За стандартом позначення виводів МПС наступне: Я1,Я2 – обмотка якоря; Д1,Д2 – обмотка додаткових полюсів;

К1,К2 – компенсаційна обмотка; М1,М2 – незалежна обмотка збудження;

Ш1,Ш2 – паралельна (шунтова) обмотка збудження; С1,С2 – послідовна (серієсна) обмотка збудження.

7. Рівняння напруг і моментів

Для двигуна, що працює з постійною частотою обертання, відповідно до другого закону Кірхгофа (2.27) для ланцюга якоря прикладена напруга U врівноважується ЕРС якоря та падінням напруги на всіх опорах якоря

	U = E + Iа R ,	(7.1)
де R – сума	опорів, увімкнених у ланцюг якоря, R = Rа + RД +

+ RКО + RС + RЩ + Rп; Rа – опір обмотки якоря; RД – опір додаткових полюсів; RКО – опір компенсаційної обмотки; RС – опір послідовної (серієс-

ної) обмотки збудження; RЩ – опір щіток; Rn – опір пускового реостата.

У двигуні вектор ЕРС Е направлений назустріч вектору U (правила

лівої і правої руки) й визначається співвідношенням (4.9)
		E C		Фn	pN	Фn ,	(7.2)
		E C	E	Фn	60a	Фn ,	(7.2)
			E

де CE	pN	– постійна МПС.
де CE	60a	– постійна МПС.
	60a

Коли має місце перехідний режим ДПС, тобто коли швидкість обертання n змінюється у часі, то друге рівняння Кірхгофа для ланцюга якоря записується у вигляді

				U=E+IаΣR+Eс ,	(7.3)
де E		L	dIa	– ЕРС самоіндукції якоря; Lа – індуктивність обмотки
де E		L	dt	– ЕРС самоіндукції якоря; Lа – індуктивність обмотки
	с	a	dt
якоря.
Рівняння (7.1), (7.3) називають рівняннями напруги чи ЕРС якоря.
Помноживши рівняння ЕРС (7.1) на Іа , одержимо
				U Іа = ЕІа + Іа2 R	(7.4)
або
				U Іа = М + Іа2 R ,	(7.5)

де Е Іа = М – електромагнітна потужність.

Із цієї формули випливає, що при збільшенні навантажувального моменту на валу двигуна М зростає потужність U Іа, яку споживає двигун із

мережі. Але оскільки напруга мережі постійна U=const, то збільшення навантаження М двигуна призводить до зростання правої частини рівняння (7.5) і, отже, до збільшення струму в обмотці якоря Іа.

Із рівняння ЕРС (7.2) одержуємо

(7.6)

CEФ

й, підставивши сюди значення ЕРС із формули (7.1), отримаємо

U Iа R

Iа R

n ,

(7.7)

CEФ CEФ CEФ CEФ

де

(7.8)

CEФ

– частота обертання холостого ходу;

I а R

(7.9)

CEФ

– зниження частоти обертання під впливом навантаження.

Частота обертання двигуна прямо пропорційна напрузі ДПС і обернено пропорційна магнітному потоку збудження. Фізично це можна пояснити так: підвищення напруги U або зменшення магнітного потоку (Ф ~ Е) викликає збільшення різниці U – Е, яка із (7.1) визначає струм якоря

I			U E	.	(7.10)
	а
			R

Унаслідок зростання струму Іа		збільшується обертальний момент М

(5.3) і, якщо навантажувальний момент ДПС постійний, то частота обертання n зростає.

Для генератора рушійною силою є ЕРС якоря Е і для усталеного режиму вона врівноважується падінням напруги на навантаженні Uн та па-

дінням напруги на всіх опорах якоря
E=Uн+IаΣR .		(7.11)
Для перехідного режиму рівняння напруг генератора має вигляд
E=U+IaΣR+Ec ,		(7.12)
де Ес – ЕРС самоіндукції якоря.
Рівняння моментів ДПС при усталеному режимі
M M 0 M H ;
M 0 M H	M CT ;	(7.13)
M M CT ,
де M 0 – момент холостого ходу; M Н	– номінальний (корисний) меха-
нічний момент на валу ДПС; M – обертовий момент ДПС; M СТ		– статич-
ний момент ДПС.
Для перехідного режиму рівняння моментів ДПС записуємо так:
М=М0+Мн+Мд ,		(7.14)
26

де M д J ddt – динамічний момент; J – момент інерції ротора.

8. Характеристики ДПС із паралельним та незалежним збудженням

Iн	Rn	Iз	Rз
			Rз
+
Uн	Iа	Я
Uн		Я
–			Iз
–

Рис. 8.1. Паралельне збудження ДПС

Особливістю ДПС із паралельним та незалежним збудженням є те, що струм в обмотці збудження ІЗ не залежить від струму навантаження при U = const, (8.1) і визначається за законом Ома

(2.22)

I3	U	,	(8.1)

	R3

де Rз – загальний опір реостата збудження й обмотки збудження; Rn – пусковий реостат, використовується тільки при пуску для обмеження пускового струму і в номінальному режимі закорочується.

При цьому для паралельного збудження за першим законом Кірхгофа

(6.3)
ІН = Іа + ІЗ .	(8.2)
Робочими характеристиками ДПС називають залежності	n=f(P2),

I=f(P2), M2=f(P2), P1=f(P2), M=f(P2), =f(P2) при U=const і IЗ=const (Ф=const) (рис.8.2).

Залежність n=f(P2) називають швидкісною характеристикою.

Зміну частоти обертання ДПС при переході від номінального наван-

таження до режиму ХХ називають номінальною зміною частоти
М I, P, n	M=M0+M2	nHOM	n0 nHOM			100% .		(8.3)
	M0			nHOM
				nHOM
η(P2)	I(P2)	Для	ДПС із			паралельним		збу-
n0	M2	Для	ДПС із			паралельним		збу-
n0	M2	дженням nНОМ=(2...8)%nНОМ
	n	дженням nНОМ=(2...8)%nНОМ
		момент ДПС дорівнює
I0	M0			М = М0 + М2 ,				(8.4)
	M0	де
		де
	P2	M 2		P2		9,55	P2	(8.5)
Рис. 8.2. Робочі характе-		M 2		2 n	60	9,55	n	(8.5)
Рис. 8.2. Робочі характе-				2 n			n
ристики ДПС
ристики ДПС		– корисний (номінальний)						мо-

мент на валу ДПС;

M 0		P0		9,55 P0	(8.6)
M 0		n0		9,55 P0	(8.6)
	2	n0		n
	2		60	0
				0

– момент холостого ходу ХХ;
	P0	U I0			(8.7)

– потужність ХХ.

Механічною характеристикою (МХ) ДПС називають залежність n=f(M) при U=const та Ф=const. Аналітичний вигляд механічної характеристики можна отримати із швидкісної характеристики (7.7)

U Ia R

Ia R

(8.8)

CEФ CEФ CEФ CEФ

Струм якоря із (5.3) дорівнює

(8.9)

CM Ф

Підставляючи (8.9) у (8.8), отримаємо аналітичну формулу для рів-

няння МХ ДПС

M R

n0 n ,

(8.10)

Ф2

де n0

(8.11)

CE Ф

– частота (швидкість) обер-

nн=n0–nн

тання холостого ходу;

nн

M R

(8.12)

Ф2

Мн

– зменшення

частоти

обер-

тання під

впливом моменту

Рис. 8.3. Механічна характеристика ДПС

навантаження М (рис. 8.3).

Механічна

характерис-

тика легко будується, якщо відомі n0, nн, Мн. При зміні параметрів ДПС

n02

Ф2<Фн

n01

Rд

= 0

n01

Фн

n02

Rд1 ≠ 0

I n

n03

U2 U1

Rд2 > Rд1

Ф1>Фн

U U

I n І н

M н

M н M

а)

б)

в)

Рис. 8.4. Природні та штучні механічні характеристики ДПС: а) при зміні додаткового опору Rд; б) при зміні збудження Ф; в) при зміні напруги U

Іа = ІЗ = ІН .

МХ теж змінюється. Із рівнянь (8.10), (8.11), (8.12) можна побачити, що при зміні параметрів ДПС механічна характеристика має вигляд (рис. 8.4).

Механічні характеристики, одержані при введенні додаткового опору в ланцюг якоря Rд або зміною режиму U та Ф, називають штучними; при Rд = 0, Uн і Фн механічні характеристики називають природними.

9.ДПС послідовного та змішаного збудження

УДПС із послідовним збудженням обмотка збудження включена послідовно (рис. 9.1) і тому

Iн

Iз

–

Рис. 9.1. Послідовне

збудження ДПС

nном

rд

rд1

0,25Pн

Pн

rд2

rд1

P (I

)

(9.1)

При малих навантаженнях магнітна система ненасичена і залежність магнітного потоку пропорційна струму : Ф = КФ Іа . Тоді обертальний момент

ДПС дорівнює

М = СМФІа=СМКФІаІа=С'МІа2. (9.2)

Швидкісна характеристика при навантаженнях, менших від номінального, має гіперболічний характер

(тобто “м'яка”)

n	U I a R				U
	CE Ф			CE KФ I a
I a	R		U			(9.3)
		k1			k2 .
CE KФ I a			I a

При Іа ІН швидкісна характеристика стає лінійною, оскільки

Рис. 9.2. Швидкісна характеристика

P1	M
M I a		P1

I a

Рис. 9.3. Робочі характеристики ДПС із послідовним збудженням

n	U I a R	U	I a R	k `U k		`I		.
							a
	CEФ	CEФ	CEФ	1	2

Ф ≈ const – насиченість магнітного ланцюга ДПС (рис. 9.2).

При зниженні навантаження (Ia=I3→0, Ф→0) швидкість обертання ДПС швидко зростає. Щоб ДПС не пішов у “рознос”, його пуск і робота з навантаженням, меншим ніж 0,25РН , недопустимі. Інші робочі характеристики аналогічні ДПС із паралельним збудженням (рис. 9.3).

Двигуни з послідовним збудженням розвивають більший пусковий момент і використовуються в тягових двигунах, електричках, підйомних кранах, тобто там, де необ-

хідний великий момент при малому n.

У ДПС змішаного (рис. 9.4) збудження є дві обмотки збудження : па-

ралельна і послідовна (серієсна або стабілізуюча), струми яких зв‟язані

співвідношенням

ІЗ1 = ІН = Іа + ІЗ2 .

(9.4)

Частоту обертання такого двигуна знаходимо з рівняння

U Ia R

(Ф Ф )

(9.5)

де

Ф1,Ф2 –

потоки збу-

ОЗ2

дження послідовної і паралель-

Iн

ОЗ1

ної

обмотки збудження.

Знак

“+”

відповідає

узгодженому

Iз1(Ф1)

Iз2(Ф2)

включенню обмоток, знак “–” –

–

зустрічному ввімкненню.

Rн

Rз

При

узгодженому

вклю-

Рис. 9.4. Змішане збудження ДПС

ченні

обмоток

збудження

ДПС зі збільшенням наванта-

ження загальний магнітний потік зростає за рахунок збільшення послідов-

ного потоку Ф1, що призводить до зменшення частоти обертання ДПС.

При зустрічному включенні обмоток збудження потік Ф1 послідовної

обмотки збудження зі зростанням навантаження розмагнічує ДПС, що

призводить до збільшення частоти обертання вала n. Такий режим роботи

нестійкий. Стійка робота ДПС можлива при W1=Wпосл<<W2=Wпарал. Підіб-

равши число W1 послідовної обмотки, можна отримати практично “жорст-

ку” зовнішню швидкісну характеристику n(Ia).

n			Хід механічної хара-
n			ктеристики ДПС при уз-
			ктеристики ДПС при уз-
n0			годженому	вмиканні		ви-
n0			значають	співвідношен-
nн		1	значають	співвідношен-
nн		1	ням витків послідовної
		4	(W1) і паралельної			(W2)
			(W1) і паралельної			(W2)
		3	обмоток.	Залежно		від
			співвідношення		витків
		2	послідовної	та	паралель-
	M н		ної обмоток можна одер-
	M н	M (~ Іа )	жати будь-яку механічну
		M (~ Іа )	жати будь-яку механічну
Рис. 9.5. Механічні характеристики ДПС із			характеристику		(3) і	(4),
Рис. 9.5. Механічні характеристики ДПС із			що лежить між кривими
змішаним збудженням при узгодженому			що лежить між кривими
змішаним збудженням при узгодженому			(1) та (2) (рис. 9.5).
включенні обмоток Ф=Ф1+Ф2; 1 – W2>W1;			(1) та (2) (рис. 9.5).
включенні обмоток Ф=Ф1+Ф2; 1 – W2>W1;			ДПС	зі	змішаним
	2 – W2 <W1; 3,4 – W1≈W2		ДПС	зі	змішаним
	2 – W2 <W1; 3,4 – W1≈W2		збудженням може працю-
			збудженням може працю-

вати в режимі ХХ, а ДПС із послідовним збудженням – не може (він іде в

<<< < Предыдущая 1 23 / 123 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