
- •Основные законы, описывающие электромеханические системы (эмс).
- •I закон Ньютона
- •Электричество и магнетизм
- •Электромеханические системы постоянного тока
- •Конструкция и принцип действия дпт
- •Способы возбуждения дпт.
- •Механические характеристики дпт.
- •Способ регулирования частоты вращения дпт
- •Пуск дпт
- •Реостатный пуск
- •Реверсирование дпт с параллельным возбуждением
- •Способы торможения дпт
- •Генераторное торможение
- •Динамическое торможение
- •Торможение противовключением
- •Механические характеристики дпт последовательного возбуждения
- •Реверсирование дпт с последовательным возбуждением.
- •Торможение дпт последовательного возбуждения
- •Механические характеристики дпт смешанного возбуждения
- •Приведение нагрузок, действующих в эмс к валу двигателя.
- •Приведение моментов и сил сопротивления к валу электродвигателя
- •Приведение моментов инерции и масс к валу электродвигателя
- •Определение времени переходных процессов в эмс
- •Эмс переменного тока
- •Изменение частоты питающего напряжения f .
- •Изменение числа пар полюсов р.
- •Регулирование скольжения s.
- •Моделирование разомкнутой эмс постоянного тока
- •3. Моделирование замкнутой эмс постоянного тока
Основные законы, описывающие электромеханические системы (эмс).
ЭМС описываются законами механики и разделом физики – электричество и магнетизм.
Механика.
Причина любого движения – сила. Движение любого тела описываются законами Ньютона.
II закон Ньютона
– масса тела;
– скорость;
– активная (движущая) сила (силы)
–
сила сопротивления (силы)
Для начала движения необходимо, чтобы
.
Силы сопротивления могут быть активными
и реактивными.
Реактивная способна уменьшать скорость до 0 (силы трения). Активная способна изменить знак скорости.
I закон Ньютона
Скорость является постоянной, если
( ) равномерное прямолинейное движение или остановка.
В ЭМС основной регулируемой величиной
является скорость
или частота вращения
.
Вращающееся движение: II закон
(*)
–
момент инерции вращающихся частей
- круговая частота вращения
–
активный момент и момент сопротивления
А
)
(кгм)
Б) J=
Г)
,
где А-А – линия действия силы
Мощность при вращающем движении:
–
момент от сил энергии.
Если (*) умножить на , то получим мощность.
Т.е. из (*) следует, что при установившемся
режиме (
)
двигатель развивает такую мощность,
которая потребляется нагрузкой.
Электричество и магнетизм
Магнитное поле (МП) – такая форма материи, отличающаяся тем, что оно действует на движущиеся электрические заряженную частицу с силой, зависящей от произведения ее заряда на скорость. МП создается упорядоченно движущимися зарядами или движущимися заряженными телами; оно существует вокруг всякого проводника с током; не зависит от материала проводника и характера проводимости.
Основной характеристикой МП является
вектор магнитной индукции
[Tи], который определяется
из закона Ампера.
Закон Ампера: на проводник с током, находящийся в МП действует сила
Сила Ампера:
– элементарная сила Ампера (вектор)
– сила тока в проводнике
– элементарный отрезок проводника,
проведенный в направлении тока.
– электромагнитная индукция.
[ ] – векторное произведение.
Под направлением тока принимает физическое направление движения электронов.
Если проводник расположен перпендикулярно
вектору магнитной индукции, то направление
силы ампера можно определить по правилу
левой руки: если ладонь расположить
таким образом, чтобы в нее входил вектор
магнитной индукции, а четыре пальца
совпадают с направлением тока, то большой
палец укажет направление силы ампера
(
).
Д
ля
графического изображения магнитных
полей используют понятие о линиях
магнитной индукции – это кривые,
касательные в каждой точке которых
совпадают с направлением
в этих точках. Линии магнитной индукции
всегда замкнуты и охватывают проводник
с током. Направление линий магнитной
индукции можно определить по правилу
Максвелла (правило буравчика). Если
ввинчивать буравчик с правой резьбой
по направлению тока, то направление
движения точек рукоятки укажет направление
линий электромагнитной индукции.
Напряженностью (Н) магнитного поля называют векторную величину, характеризующую это поле и не зависящую от свойств среды, в которой оно распространяется.
,
где о - 4 10-7 Гн/м
-
относительная магнитная проницаемость
среды; показывает во сколько раз индукция
в данной среде больше, чем в вакууме
(для вакуума =1)
Для конструкторских металлов - порядка нескольких тысяч
Для электротехнических магнитомягких сталей – десятки тысяч.
Магнитной цепью называют совокупность тел и областей пространства, в котором сосредоточено магнитное поле. В магнитных цепях при наличии намагничивающей силы образуется магнитный поток.
Магнитный поток можно определить по формуле Гобкинсона (з-н Ома для магнитных цепей).
Магнитный поток равен отношению
,
где
–
намагничивающая сила
–
суммарное магнитное сопротивление всех
участков магнитной цепи.
Если намагничивающая сила создается катушкой с током, то:
– произведение числа витков катушки
(W) и тока катушки (I).
Измеряется в ампер-витках
–
сопротивление магнитное отдельных
витков.
,
Где
и
– средняя длина и площадь поперечного
сечения I-го участка цепи.
Магнитное сопротивление
воздушного
зазора
,
где
–
величина зазора,
–
минимальная площадь сердечника,
образующего воздушный зазор.
Магнитный поток всегда распространяется по цепи, имеющей минимальное магнитное сопротивление.
Явление электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции заключается в образовании ЭДС в проводящем контуре, расположенном в переменном магнитном поле.
Переменность магнитного поля может быть создана либо переменным электрическим током, либо движением проводника в постоянном магнитном поле.
Если контур замкнут, в нем образуется ток, называется индукционным.
Движение электромагнитной индукции описывается законом Фарадея:
ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равен и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром, т.е.
Знак «-» определяется правилом Ленца:
Индукционный ток в контуре всегда имеет такое направление, что создаваемый им магнитный поток сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшает те изменения магнитного потока, которые вызвали появление индукционного тока. В простейшем случае, когда скорость проводника перпендикулярна , ЭДС индукции численно может быть определена по формуле:
,
где v – скорость проводника
– момент индукции
– длина проводника.
Явление самоиндукции:
Возникновение ЭДС индукции в контуре в результате изменения тока в этом контуре называется явлением самоиндукции.
При описании работы любой электромеханической системы необходимо пользоваться следующим логическим алгоритмом:
При приложении к контуру ЭДС в нем образуется ток согласно закону Ома
Вокруг всякого проводника с током формируется магнитное поле.
На проводник с током в магнитном поле действует (сила Ампера) согласно закону Ампера.
Если больше сил сопротивления, проводник приходит в движение в соответствии со вторым законом Ньютона.
При движении проводника в магнитном поле, в нем образуется ЭДС по закону электромагнитной индукции.
При возникновении ЭДС индукции в проводнике образуется индукционный ток в соответствии с законом Ома.