ЭДС и электромагнитный момент МПТ

При вращении якоря в магнитном поле обмотки возбуждения в каждом проводнике обмотки якоря индуцируется ЭДС:

,

где B_ср – среднее значение индукции магнитного поля на t;

l_a – активная длина проводника;

t - полюсное деление - дуга окружности якоря на один полюс.

,

где 2p – число пар полюсов (основных).

Окружная скорость вращения якоря

. (+)

Все секции соединены последовательно, поэтому ЭДС одной параллельной ветви равна:

(*)

где N – число проводников обмотки якоря.

Известно, что магнитный поток

, (**)

Подставляем (+) в (*) и с учетом (**) получаем:

,

или окончательно ,

где - коэффициент, постоянный для данной машины.

Так для смены знака ЭДС можно поменять полярность потока возбуждения или направление вращение машины.

При протекании тока по обмотке якоря на каждый проводник действует сила

.

Момент электромагнитный равен: .

Ток в якоре равен: , магнитный поток: ,

а полюсное деление .

Тогда , а электромагнитный момент:

.

Окончательно величина электромагнитного момента равна:

,

где - машинная постоянная.

Если машина работает в режиме генератора, то этот момент является тормозным. Его должен преодолеть первичный двигатель.

Если машина работает в двигательном режиме, то под действием этого момента якорь будет вращаться.

Для генератора по 2-му закону Кирхгофа напряжение U меньше ЭДС E на величину падения напряжения в цепи якоря с сопротивлением R_я, т.е.:

- это уравнение электрического состояния нагруженного генератора.

У двигателя наведенная в обмотке якоря ЭДС при вращении якоря в магнитном поле статора – вторичное явление. Эта ЭДС направлена встречно току и приложенному напряжению, т.е.:

- это уравнение электрического состояния двигателя.

Электромагнитная мощность

Умножим уравнения электрического состояния на ток якоря:

Для генератора: ;

Для двигателя: ,

где - электромагнитная мощность машины;

- мощность нагрузки;

- мощность потерь в цепи якоря.

Потери и КПД машины постоянного тока

В МПТ имеются электрические, магнитные, механические и добавочные потери.

Магнитные потери – потери в стали, состоящие из потерь на гистерезис и вихревые токи:

В основном эти потери имеют место в сердечнике якоря. Эти потери от нагрузки практически не зависят.

Электрические потери – потери в обмотках (потери в меди):

.

Эти потери зависят от тока, поэтому они переменные.

Механические потери - D p_мех обусловлены всеми видами трения.

Добавочные потери - D p_доб – потери в полюсных наконечниках из-за зубчатости якоря, потери от вихревых токов в проводах обмоток и др.

Эти потери как правило составляют 1% от полезной мощности P₂.

Разность между подведенной и полезной мощностью составляют потери:

.

Можно записать

КПД машины: .

Максимальное КПД машины составляет h _max =0,8 (для малых машин)…0,95 (для больших машин).

Понятие о реакции якоря и коммутации МПТ

Основной магнитный поток создан током обмотки возбуждения (в режиме ХХ). Основной магнитный поток симметричен относительно полюсов и щеток.

При нагрузке по якорю протекает ток, создающий свое магнитное поле, искажающий симметрию магнитного поля машины.

Комплекс явлений, связанный с воздействием магнитного поля якоря на рабочие свойства машины, называется реакцией якоря.

Под действием реакции якоря под одним краем полюса магнитное поле возрастает, а под другим – уменьшается. Так как возрастание происходит в меньшей степени из-за насыщения сердечника, то результирующее поле понижается.

Явление реакции якоря нежелательно. С ним борются установкой добавочных полюсов, создающих магнитное поле, направленное встречно полю реакции якоря.

Коммутацией называется процесс переключения секций обмотки вращающегося якоря из одной параллельной ветви в другую. При этом изменяется направление тока за малое время в этих секциях при КЗ их щетками.

При неправильном протекании процесса коммутации весь процесс переключения тока из одной параллельной ветви в другую сопровождается искрением на коллекторе. Это лавинообразный процесс и в конечном итоге искрение может вывести машину из строя.

Искрение при определенной интенсивности может иметь прогрессирующий характер.

Причины искрения:

- механические;

- электрические (~80%).

Механические причины: истирание меди на коллекторе, эксцентриситет коллектора, выпучивание коллектора, местный бой и др.;

Электрические причины: Быстрое изменение тока в секции создает реактивная ЭДС самоиндукции , которая препятствует изменению тока в секции – получается запаздывающая коммутация. Размыкание секции со значительным запасом энергии приводит к электрическому пробою воздушного промежутка между щеткой и коллектором.

Для улучшения коммутации используют добавочные полюса, магнитное поле которых в коммутируемой секции индуцирует дополнительную ЭДС, компенсирующую реактивную ЭДС.

Дата добавления: 2014-01-14