Основные характеристики двигателя постоянного тока

Коэффициент полезного действия двигателя

Преобразование электрической энергии в механическую при работе ДПТ сопровождается потерями энергии. Отношение полезной механической мощности Р ₂ на валу двигателя к потребляемой из сети электрической мощности Р ₁ определяет коэффициент полезного действия (КПД) двигателей

η = ∙ 100% = ∙ 100%

Полезная механическая мощность Р ₂, снимаемая с вала двигателя, рассчитывается по формуле

Р ₂ = 0,105 М ∙ n, Вт (6.9)

где М = М_С – момент сопротивления на валу двигателя, Нм;

n – частота вращения вала двигателя, об/мин.

Так как двигатель обладает «саморегулированием», то вращающий момент, развиваемый двигателем, равен моменту сопротивления на его валу, т.е. М_ВР = М_С = М, поэтому, зная полезную мощность двигателя, можно определить его вращающий момент по выражению

М = 9,55, Нм (6.10)

Потребляемая двигателем мощность Р ₁ определяется по формуле

Р ₁ = U∙I = U∙ (I _я + I _в), Вт (6.11)

где U – напряжение питания двигателя.

I = I _я + I _в - ток, потребляемый из сети двигателем с параллельным возбуждением.

ΔР = Δ Р _э + Δ Р _ст + Δ Р _мех - сумма всех потерь двигателя постоянного тока, Вт.

где ΔР_э – электрические потери;

Δ Р _ст – потери в стали статора и якоря;

Δ Р _мех – механические потери.

Электрические потери ΔР_э являются переменными, так как зависят от нагрузки и их значения может быть представлено как

ΔР_э = Δ Р _я + Δ Р _в + Δ Р _щ

где Δ Р _я = I_я² R_я – потери в обмотке якоря (при номинальном режиме составляют 50% всех потерь);

Δ Р _в = I_в² R_в – потери в обмотке возбуждения;

Δ Р _щ = I_я² ΔU_щ – потери на коллекторно-щеточном контакте;

ΔU_щ – падение напряжения между щеткой и коллектором (зависит от материала щеток: ΔU_щ = 2 В для графитовых и 0,6 В для металлографитовых щеток.)

Потери в стали Δ Р _ст связаны с вихревыми токами и перемагничивании якоря при его вращении и составляет 1 – 3% от номинальной мощности двигателя.

Механические потери Δ Р _мех связаны с трением движущихся частей двигателя и составляют 1 -2 % от номинальной мощности двигателя. Эти потери, как и потери в стали, являются постоянными и не зависят от нагрузки двигателя. Их называют потерями холостого хода.

При работе ДПТ вхолостую Р₂ = 0 и η = 0 при увеличении полезной мощности Р₂ КПД растет. Двигатели рассчитывают так, чтобы максимальное значение КПД соответствовало номинальной мощности двигателя (при этом постоянные потери равны переменным). При нагрузке больше номинальной КПД уменьшается за счет значительного роста переменных потерь. Для машин мощностью 1 – 100 кВт номинальное значение КПД лежит в пределах 74 – 92 %.

Основными характеристика ДПТ, получаемыми теоретически или экспериментально, являются его механическая характеристика, а также рабочая и регулировочная характеристики.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения якоря n от момента М на валу двигателя: n = f(М). Уравнением механической характеристики является выражение (6.7).

Механическая характеристика двигателя с параллельным возбуждением представляет собой прямую с незначительным наклоном по мере роста момента на валу (рис.6.7). Такая характеристика называется «жесткой».

n

n_ном

М_ном М

Рис. 6.7. Механическая характеристика ДПТ с параллельным возбуждением.

Жесткость механической характеристики объясняется тем, что при параллельном включении обмотки возбуждения, с ростом момента нагрузки, ток возбуждения I_в, а следовательно, и магнитный поток двигателя Ф остаются неизменными, а сопротивление якоря R_я сравнительно мало.

Рабочие характеристики ДПТ представляют собой зависимости частоты вращения n, момента М, тока якоря I_я и КПД η от полезной мощности Р₂ на валу двигателя при неизменном напряжении на его зажимах U = const. Рабочие характеристики ДПТ с параллельным возбуждением представлены на рис. 6.8.

Зависимость полезного момента на валу двигателя от нагрузки Р₂ представляет собой почти прямую линию, так как момент этого двигателя пропорционален нагрузке на валу: М = 9,55 Р₂/n. Искривление указанной зависимости объясняется некоторым снижением частоты вращения с увеличением нагрузки. При Р₂ = 0 ток, потребляемый электродвигателем равен току холостого хода. При увеличении мощности, развиваемой электродвигателем, ток якоря увеличивается приблизительно по той же зависимости, что и момент нагрузки на валу, так как при условии Ф = const токе якоря пропорционален моменту нагрузки.

Рис. 6.8. Рабочие характеристики ДПТ с параллельным возбуждением.

В соответствии с тремя вышеуказанными способами регулирования частоты вращения двигателя, его регулировочными характеристиками являются зависимости: n = f (R_я), n = f (I_в), и n = f (U),

где R_я – сопротивление якорной цепи, равное сумме сопротивлений самого якоря и реостата регулирования тока возбуждения;

I_в – ток возбуждения, вызывающий пропорциональный ему магнитный поток возбуждения Ф;

U – напряжение, подаваемое на обмотку якоря, при соблюдении условия Ф = const, т.е. I_в = const.

Примерный вид регулировочных характеристик, получаемых из выражения (6.7) при условии М = const, представлен на рис. 6.9.

а) б) с)

Рис. 6.9. Регулировочные характеристики ДПТ с параллельным возбуждением: а) n = f (R_я), б) n = f (I_в) с) n = f (U).

Содержание

1. ПОСТОЯННЫЙ ТОК…………………………………………………………..1

1.1. Простейшая цепь постоянного тока…………….……………………...…..1

1.2. Баланс мощностей в простейшей цепи постоянного тока………………..7

1.3. Последовательное соединение сопротивлений……………………………9

1.4. Параллельное соединения сопротивлений……………………………….10

1.5. Смешанное соединение сопротивлений………………………………….12

1.6. Холостой ход и короткое замыкание …………………………...………...13

1.7. Расчет сложных электрических цепей постоянного тока…….….………14

1.7.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа…..….…….14

1.7.2. Метод контурных токов…………………………………………………..17

2. ОДНОФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК………………………..……………18

2.1. Получение однофазного переменного тока……………………..………..18

2.2. Цепь переменного тока с активным сопротивлением………..…………..20

2.3 Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением………..……….23

2.4. Цепь переменного тока с ёмкостным сопротивлением………..…………25

2.5. Цепь переменного тока с последовательным

соединением активного, индуктивного и ёмкостного сопротивлений

(последовательная R-L-C цепь)……………………………………………….28

2.6. Резонанс напряжений……………………………………………………..31

2.7. Цепь переменного тока с параллельным соединением

активного, индуктивного и ёмкостного сопротивлений

(параллельная R-L-C цепь) ……………………………………………….……34

2.8. Понятие эквивалентной проводимости………………………………….36

2.9. Резонанс токов……………………………………………………………..37

3. ТРЕХФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК…………………………………….39

3.1. Трехфазный ток и его получение…………………………………………39

3.2. Соединение звездой. Четырехпроводная система трехфазного……… 41

3.3 Соединение звездой. Трехпроводная система трехфазного тока………46

3.4. Соединение по схеме «треугольник»…………………………………….48

3.5. Мощность трехфазной системы……………………………………………50

3.6. Измерения мощности потребляемой

трехфазными электроприемниками…………………………………..………..50

4. ТРАНСФОРМАТОРЫ………………………………………………………. 53

4.1. Назначение, области применения и классификация трансформаторов..53

4.2. Устройство и принцип работы однофазного

двухобмоточного трансформатора……………………………………………..54

4.3. Холостой ход трансформатора……………………………………………..56

4.4. Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода. …...……..60

4.5. Приведение вторичной обмотки трансформатора………………………..60

4.6. Схема замещения трансформатора в рабочем режиме……………...……62

4.7. Векторная диаграмма рабочего режима трансформатора………………..63

4.8. Коэффициент полезного действия трансформатора………………...……65

4.9. Экспериментальное определение параметров трансформаторов ……….66

4.9.1. Опыт холостого хода……………………………………………………..67

4.9.2.. Опыт короткого замыкания……………………………………………..69

4.10 Нагрузочные характеристики трансформатора…………………………..71

5. АИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ… ………………………………72

5.1. Принцип действия и области применения асинхронных двигателей….72

5.2. Получение вращающегося магнитного поля………………………….…..73

5.3. Конструкция асинхронных двигателей……………………………………77

5.4. Скольжение………………………………………………………………….78

5.5. Магнитные потоки и ЭДС асинхронного двигателя…………………….79

5.6. Основные уравнения асинхронного двигателя……………………….…..80

5.7. Приведение параметров обмотки ротора к обмотке статора…………….81

5.8. Векторная диаграмма асинхронного двигателя…………………………..82

5.9. Схема замещения асинхронного двигателя………………………………82

5.10. Потери мощности и КПД асинхронного двигателя……………..…….83

5.11. Уравнение вращающего момента………………………………….…….85

5.12. Механические характеристики асинхронного двигателя………………85

5.13. Рабочие характеристики асинхронного двигателя………………………88

5.14. Пуск, регулирование частоты вращения и торможение

асинхронного двигателя……………………………..…………………………88

6. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА…………………………90

6.1. Назначение, устройство и способы возбуждения

двигателей постоянного тока……………………………………………..…….90

6.2. Принцип действия двигателя постоянного тока

и его основные уравнения…………………………………...…………………92

6.3. Пуск и реверсирование двигателя постоянного тока…………………….94

6.4. Регулирование скорости вращения двигателя……………………………96

6.5. Коэффициент полезного действия двигателя…………………………….98

6.6. Основные характеристики двигателя постоянного тока…………………99

Дата добавления: 2014-01-06