ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент. Реакция якоря. Энергетическая диаграмма

Рассматривая различные типы обмоток якоря, мы установили, что ЭДС между разнополярными щетками (ЭДС обмотки якоря) определяется суммой ЭДС всех секций, образующих одну параллельную ветвь. Получим выражение для ЭДС обмотки якоря Е, полагая, что щетки установлены на линии геометрической нейтрали и машина работает на холостом ходу. В режиме холостого хода ток якоря равен нулю (), поэтому магнитное поле в воздушном зазоре создается только обмоткой возбуждения (рис. 6.7). В машинах постоянного тока нет необходимости в получении синусоидального распределения радиальной составляющей индукции , напротив, кривую распределения стремятся сделать близкой к трапецеидальной форме, так как при этом уменьшаются пульсации суммарной ЭДС якорной обмотки.
Примем за начало отсчета положение левой щетки (рис. 6.7), тогда ЭДС в проводнике, расположенном на расстоянии x от начала координат, определится выражением

.
Если обмотка состоит из N проводников и образует 2 а параллельных ветвей, то каждая ветвь обмотки состоит из последовательно соединенных проводников. Тогда ЭДС якоря
.
При достаточно большом числе проводников сумму мгновенных значений индукции можно выразить через среднюю индукцию под полюсом:
,
где .
В этом случае выражение для ЭДС Е упрощается,
.
Учитывая, что
,
получим
, (6.1)
где - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров.
Таким образом, ЭДС якоря пропорциональна произведению частоты вращения якоря на магнитный поток, сцепленный с секциями, образующими параллельную ветвь.

Поля якоря и индуктора, действующие совместно, образуют результирующее поле, характер которого на основании рис. 1, а и б показан на рис. 2. Полярность полюсов и направлений токов якоря на этом рисунке соответствуют случаю, когда в режиме генератора (Г) якорь вращается по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) - против часовой стрелки.

Из рис. 2 видно, что под влиянием поля якоря результирующее поле машины изменяется. Это явление называется реакцией якоря.

Поперечная реакция якоря. При установке щеток на геометрической нейтрали 1 - 1 (рис. 1, б) поле якоря направлено поперек оси полюсов, и в этом случае оно называется полем поперечной реакции якоря.

Рис. 1. Магнитное поле индуктора (а) и якоря (б)

Как следует из рис. 2, поперечная реакция якоря вызывает ослабление поля под одним краем полюса и его усиление под другим, вследствие чего ось результирующего поля поворачивается в генераторе по направлению вращения якоря, а в двигателе - в обратную сторону. Если условно, как это иногда делается, рассматривать линии магнитной индукции в качестве упругих нитей, то возникновение электромагнитного момента можно рассматривать как результат действия упругих сил этих нитей, стремящихся сократиться и повернуть якорь. Из рис. 2 видно, что при такой трактовке явлений направления действия моментов совпадают с реальными как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Под воздействием поперечной реакции якоря нейтральная линия на поверхности якоря, на которой Bδ = 0, поворачивается из положения геометрической нейтрали 1 - 1 на некоторый угол β в положение 2 - 2 (рис. 2), которое называется линией физической нейтрали. В генераторе физическая нейтраль повернута в сторону вращения якоря, а в двигателе - в обратную сторону.

Из рис. 1, б следует, что при вращении якоря в проводниках, показанных в левой части рис. 1, б, поле поперечной реакции якоря индуктирует э. д. с. одного направления, а в правой - другого. В результате этого при установке щеток на геометрической нейтрали суммарная э. д. с. от поля реакции якоря в каждой параллельной ветви обмотки и на щетках равна нулю.

Рис. 2. Результирующее магнитное поле при установке щеток на геометрической нейтрали

Рис. 3. Поле продольной реакции якоря

Продольная реакция якоря. Если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на 90° эл. (рис. 3), то поле якоря вдоль оси полюсов и называется полем продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока в якоре оказывает на поле полюсов намагничивающее или размагничивающее действие, и в результате его взаимодействия с полем полюсов электромагнитный момент не возникает. Индуктируемая при вращении якоря э. д. с. на щетках будет в этом случае также равна нулю.

Общий случай реакции якоря. Обычно щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако в результате неточной установки щеток, а также сознательных действий персонала щетки могут быть сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол α (рис. 4, а), причем 0 < α < 90° эл. В таком общем случае поверхность якоря на протяжении двойного полюсного деления можно разбить на две пары симметричных секторов: 1) аб и вг, 2) аг и бв. Токи первой пары секторов (рис. 4, б) создают поле поперечной реакции якоря, а токи второй пары (рис. 4, в) - поле продольной реакции якоря.

Указанные на рис. 4, а полярности полюсов и направления токов якоря соответствуют вращению якоря в режиме генератора (Г) по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) - против часовой стрелки.

Рис. 4. Разложение н. с. реакции якоря при сдвиге щеток с нейтрали (а) на поперечную (б) и продольную (в)

Как следует из рис. 4, при повороте щеток генератора в направлении вращения и щеток двигателя против направления вращения возникает размагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая уменьшение потока полюсов. При сдвиге щеток в обратном направлении возникает намагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая увеличение потока полюсов.

21.Генераторы постоянного тока. Классификация, характеристики. Паспортные данные.

Свойства генераторов постоянного тока зависят от числа и способа подключения обмоток возбуждения или, как говорят, от способа возбуждения генераторов. В зависимости от способа возбуждения различают:

1) генераторы независимого возбуждения;

2) генераторы параллельного возбуждения (ранее шунтовые);

3) генераторы смешанного возбуждения (ранее компаундные).

Главный магнитный поток генератора независимого возбуждения (рис. 9.12) возбуждается расположенной на главных полюсах обмоткой независимого возбуждения H ₁ — H ₂. Последняя получает питание от постороннего источника электрической энергии постоянного тока небольшой мощности. Номинальное напряжение обмотки возбуждения выбирают либо равным, либо иногда меньшим номинального напряжения якоря Я ₁ — Я ₂ генератора.

Цепь обмотки возбуждения Ш ₁ — Ш ₂ генератора параллельного возбуждения (см. рис. 9.16) включают параллельно якорю Я ₁ — Я ₂, от которого она и получаст питание. Обмотку возбуждения рассчитывают в этом случае на то же напряжение, что и якорь генератора.

Магнитный поток Ф генератора смешанного возбуждения (см. рис. 9.19) возбуждается расположенными на главных полюсах двумя обмотками: обмоткой параллельного возбуждения Ш ₁ — Ш ₂ и обмоткой последовательного возбуждения С ₁ — С ₂. Последнюю включают либо так, как показано на рис. 9.19, в цепь приемника r _п, либо последовательно с якорем. В большинстве случаев обмотки параллельного и последовательного возбуждения включают согласно, т. е. таким образом, чтобы их МДС совпадали по направлению.

Обмотки независимого и параллельного возбуждения существенно отличаются от обмотки последовательного возбуждения в конструктивном отношении. Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготовляются из провода относительно малого диаметра, имеют сравнительно большие числа витков и сопротивления. В отличие от этого обмотка последовательного возбуждения изготовляется из провода относительно большого диаметра, имеет небольшое число витков и сопротивление. Например, у машин мощностью от 5 до 100 кВт на напряжение 220 В обмотки параллельного возбуждения имеют соответственно сопротивления порядка 300 — 50 Ом, тогда как обмотки последовательного возбуждения — порядка 0,01 — 0,001 Ом. Площадь поперечного сечения провода для изготовления последовательной обмотки выбирают такого диаметра, чтобы обмотка не перегревалась под действием тока приемника.

В цепи обмоток возбуждения (см. рис. 9.12, 9.16 и 9.19) имеется реостат r _р, служащий для изменения тока возбуждения I _в, что необходимо в конечном итоге для регулирования напряжения U на выводах генератора и приемника. Сопротивление нагрузки r _п следует рассматривать как некоторое эквивалентное сопротивление, заменяющее группу приемников, получающих питание от генератора.

В некоторых установках находят применение трехобмоточные генераторы, имеющие обмотки независимого, параллельного и последовательного возбуждения. Они имеют особые свойства и характеристики.

Основными паспортными данными генераторов постоянного тока являются: мощность, номинальный ток, номинальное напряжение, частота вращения. Все номинальные данные генераторов заносятся в паспорт устройства. Современная промышленность производит генераторы постоянного тока мощностью до 10 МВт.

22. Двигатели постоянного тока: классификация. Частота вращения. Механическая характеристика.

. Свойства и характеристики двигателей постоянного тока существенно зависят от того, как меняется магнитный поток двигателей при изменении их механической нагрузки. Характер изменения магнитного потока зависит в свою очередь от числа и способа включения обмоток возбуждения, т. е. от способа возбуждения двигателей. В зависимости от способа возбуждения различают:

ДПТ классифицируют по виду магнитной системы статора:

1) с постоянными магнитами;

2) с электромагнитами:

- с независимым включением обмоток (независимое возбуждение);

- с последовательным включением обмоток (последовательное возбуждение);

- с параллельным включением обмоток (параллельное возбуждение);

- со смешанным включением обмоток (смешанное возбуждение):

а) преобладанием последовательной обмотки;

б) преобладанием параллельной обмотки;

Двигатели независимого возбуждения находят применение, когда обмотки якоря и возбуждения должны получать питание от различных источников постоянного тока. Это может быть в случае использования двигателей значительной мощности, обмотку якоря которых изготовляют обычно на более высокое напряжение, чем обмотку возбуждения. Кроме того, раздельное питание обмоток якоря и возбуждения применяется для расширения диапазона регулирования частоты вращения и улучшения качества переходных процессов пуска, торможения и реверса двигателей.

Механические характеристики электродвигателя постоянного тока при различных способах регулирования частоты вращения

Жирная прямая — это естественная зависимость скорости от момента на валу, или, что то же, от тока якоря. Прямая естественной механической характеристики несколько отклоняется от горизонтальном штриховой линии. Это отклонение называют нестабильностью, нежесткостью, иногда статизмом. Группа непаралельных прямых I соответствует регулированию скорости возбуждением, параллельные прямые II получаются в результате изменения напряжения якоря, наконец, веер III — это результат введения в цепь якоря активного сопротивления.

Величину тока возбуждения двигателя постоянного тока можно регулировать с помощью реостата или любого устройства, активное сопротивление которого можно изменять по величине, например транзистора. При увеличении сопротивления в цепи ток возбуждения уменьшается, частота вращения двигателя увеличивается. При ослаблении магнитного потока механические характеристики располагаются выше естественной (т. е. выше характеристики при отсутствии реостата). Повышение частоты вращения двигателя вызывает усиление искрения под щетками. Кроме того, при работе электродвигателя с ослабленным потоком уменьшается устойчивость его работы, особенно при переменных нагрузках на валу. Поэтому пределы регулирования скорости таким способом не превышают 1,25 - 1,3 от номинальной.

Дата добавления: 2015-05-06