Двигатель постоянного тока
Пуск ДПТ
Во время пуска протекают два процесса:
Электромагнитный переходный процесс при неподвижном якоре
Если момент двигателя будет меньше момента нагрузки, то двигатель остаётся неподвижным.
Если момент двигателя будет больше момента нагрузки, то якорь двигателя начинает вращаться. На этом этапе протекает два процесса электромагнитный и электромеханический (связан с изменением скорости вращения)
«20»
ЭДС якоря в общем случае определяется суммой трансформаторной ЭДС (изменение магнитного потока во времени) и ЭДС вращения (вращение проводника в пространстве со скоростью вращения якоря).
«21»
Возможны два варианта:
Не учитывается насыщения системы
а). ω=0
Если не учитывать насыщение системы и если скорость равна нулю, то ЭДС ОЯ будет равна нулю. Получаем линейное уравнение относительно тока якоря. Оно решается либо аналитически, либо численно.
Определив ток якоря на каждом временном интервале, решаем уравнение МП. Находим векторный потенциал. Находим индукцию в зазоре
«22».
Находим F
@23@
При вращающемся якоре ЭДС отлична от нуля, эта ЭДС должна учитываться в уравнении Кирхгофа
«24»
Вновь получаем линейное уравнение относительно тока якоря, которое решается либо аналитическим либо численным методом до конца переходного процесса.
1 -12 - 11
Моделирование см
Все СМ принято делить на две категории:
С явновыраженными полюсами (гидро)
С неявновыраженными полюсами (турбо): 1500-3000 об/мин
Машины с неявновыренными полюсами
Для них характерно неявная выраженность полюсов, ротор выполняется из цельнометаллической заготовки. В этой упаковки делают пазы. Обмотку крепят клиньями.
Характерная особенность – постоянная величина воздушного зазора во всех направлениях.
В СМ имеется несколько обмоток:
ОВ, которая располагается на роторе, по ней протекает постоянный ток – ток возбуждения. Обмотка предназначена для создания основного МП.
ОЯ или ОС, по этой обмотке протекает ток нагрузки. Этот ток создаёт своё МП, называемое полем якоря. Воздействие этого поля на основное поле называется реакцией якоря.
Демпферная (у генераторов), пусковая (двигателей). Демпферная обмотка у СМ с я/п выполняется в вид к.з. клетки. В полюсных наконечниках при штамповке делаются отверстия…). Для СМ с ня/п в качестве демпферной обмотки выступает массив ротора и клинья, которые крепят ОВ. Т.к. на роторе располагаются две обмотки, а ротор вращается, то при моделировании рациональнее перейти к системе координат, связанной с ротором, т.е. считать что ротор неподвижный, а статор вращается вместе с обмоткой в направлении обратном вращении ротора. В этом случае две обмотки оказываются неподвижными и одна обмотка (ОЯ) вращается.
Для математического описания вводятся упрощающие допущения, такие же как и для АМ.
Режим хх.
В этом режиме ОЯ разомкнута, поэтому ток по ней не протекает. Т.к. рассматривается стационарный режим, то в демпферной обмотки ЭДС не наводится, ток не протекает. Поэтому МП определяется лишь током ОВ.
«1»
Ток возбуждения является постоянным током, независящим от времени, а проводники ОВ распределены в пространстве.
«2»
Для того чтобы уменьшить амплитуду высших пространственных гармоник полюсное деление машин заполняется обмоткой не полностью, а частично (60-75% полюсного деления).
МДС, создаваемая ОВ, распределена в пространстве близкой к трапеции.
«3»
Угол альфа, который соответствует обмотанной части полюсного деления обычно выбирается 60-70°
«4»
При выбранных значениях угла альфа МП в воздушном зазоре распределено практически по синусоидальному закону.
«1»
Если известно пространственное распределение токов обмотки возбуждения, то решив уравнение можно найти распределение векторного потенциала А(φ) …
«5»
Зная распределение векторного потенциала можно найти ЭДС, которая наводится в ОЯ.
«6»
Поскольку рассматривается стационарный режим, то
«7»
Если обмотка без укорочения, то шаг обмотки равен полюсному делению, в этом случае координаты точек отличаются на величину полюсного деления.
Если обмотка с укорочением, то шаг меньше полюсного деления. Угол φ между сторонами витка меньше 180°, разность ЭДС получается меньше удвоенного значения, т.е. учитывается коэффициент укорочения.
«8»
Катушки распределены в пространстве, поэтому ЭДС этих катушек будет смещена по фазе. Сумма ЭДС катушек – это геометрическая сумма, которая всегда меньше арифметической суммы, т.е. учитывается коэффициент распределения.
«9»
Обычно на статоре располагается 3-х фазная обмотка, которая представляется из себя 3 однофазных, смещённых в пространстве на 120 электрических градусов. Поэтому ЭДС, наводимые в этих обмотках будут тоже смещены по фазе на 120°.
При решении уравнения МП необходимо учитывать насыщение магнитной системы. Насыщение зубцов статора (якоря) приводит к эквивалентному возрастанию воздушного зазора, следовательно к снижению плотности тока в правой части уравнения. Насыщение ярма приводит к увеличению коэффициента q, который со знаком «-а», следовательно и то и другое приводит к уменьшению векторного потенциала.
Зависимость ea=f(Iв)
«10»
Если принять упрощающие допущения, то возможно аналитическое решение задачи.
Будем считать, то плотность тока ОВ является гармонической функцией пространственной координаты
«11»
Рабочий режим СГ при симмитричной нагрузки
В рабочем режиме к ОЯ подключено сопротивление нагрузки. Под действием ЭДС в ОЯ протекает ток и вокруг ОЯ протекает МП. Т.о. результирующее МП машины создаётся магнитным действием двух обмоток ОВ и ОЯ.
При протекании 3-х фазной системы токов якоря возникает МП якоря, которое является вращающимся, а сам якорь вращается в противоположную сторону с той же самой синхронной скоростью. Поэтому поле якоря будет неподвижным относительно ротора.
«12»
Если известна величина тока возбуждения и величина тока якоря и их геометрические координаты, то можно решив уравнения найти векторный потенциал, следовательно найти магнитную индукцию.
В СМ реакция якоря зависит не только от величины тока якоря, но и от характера тока нагрузки:
Нагрузка чисто активная Zн=Rн
«13»
Первая составляющая совпадает по фазе с током возбуждения. МП, создаваемое ОВ имеет продольный характер.
Вторая составляющая (мнимая). Она находится в квадратуре по отношению к току, следовательно она имеет поперечный характер. (Величина второй составляющей пропорциональна ε).
Т.о. если нагрузка имеет чисто активный характер, то МП имеет две составляющие: продольную, совпадающую с током возбуждения и поперечную, зависящую от величины нагрузки.
Если сопротивление нагрузки равно ∞, то ток нагрузки равен нулю, имеем режим холостого хода.
Чисто индуктивная нагрузка Zн=XL=ωLн
«14»
В данном случае МП состоит из двух составляющих:
Первая составляющая – векторный потенциал для режима хх.
Вторая составляющая определяется нагрузкой генератора и зависит от индуктивности. Если индуктивность стремится к ∞, то ток будет равен нулю, ε будет равен нулю и машина будет работать в режиме хх.
При чисто индуктивном характере нагрузки обе составляющие МП совпадают по фазе, т.е. имеют продольный характер. Вторая составляющая имеет размагничивающий характер, т.е. вызывает уменьшение МП. Подтверждается вывод о том, что в случае индуктивного характера нагрузки реакция якоря продольна и имеет размагничивающий характер.
«15»
Чисто ёмкостный характер нагрузки Zн=Xс=1/ωСн
«16»
Первая составляющая – поле в режиме хх
Вторая составляющая определяется током нагрузки
Обе составляющие совпадают по фазе, обе имеют продольный характер.
В этом случае поле якоря усиливает основное МП.
«17»
В случае чисто емкостной нагрузки реакция якоря является продольной и намагничивающей.
8 -12 - 2011