I. Генератор независимого возбуждения.

Характеристика холостого хода (кривая 1, рис. 10.7, б).

U_х = f (I_в) при I= 0, n = cоnst, где

U_х – напряжение холостого хода,

I_в – ток возбуждения

I – ток нагрузки

n – частота вращения якоря

Возбуждение называют независимым, если обмотка возбуждения присоединена к постороннему источнику, а с обмоткой якоря данного генератора не связана (рис. 10.7, а).

 

Рис. 10.7 1 – холостой ход 2 – нагрузка диаграммы

а) б)

R_р.в. – регулировочный реостат, служит для изменения тока возбуждения;

R_н – нагрузочный реостат. При холостом ходе U_х = E.

 

Нагрузочная характеристика

U = f (I_в) при I¹ 0, n = cоnst, где U - напряжение на внешних зажимах генератора при нагрузке, (кривая 2, рис. 10.7,б).

 

Внешняя характеристика (кривая 1) рис. 10.8

U = f (I) при Rв = const, n = const, где Rв – сопротивление цепи возбуждения. Показывает, что с увеличением тока нагрузки I напряжение U на зажимах генератора уменьша-ется.

Рис. 10.8

II. Генератор с самовозбуждением:

Генератор параллельного возбуждения (рис. 10.9, а)

(когда обмотки возбуждения присоединены параллельно с обмоткой якоря)

	1 – характеристика холостого хода 2 – зависимость падения напряже-ния в цепи от тока возбуждения Ux = Iв Rв

 

а б

Рис. 10.9

 

С увеличением R_в угол наклона прямой 2 к оси абсцисс a увеличивается. При некоторой величине сопротивления цепи возбуждения прямая U_х = I_в R_в становится касательной к характеристике холостого хода (прямая 3). В этом случае самовозбуждения генератора невозможно и соответствующую величину сопротивления называют критической (R_в× кр). Рис. 10.9, б.

 

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (кривая 2, рис.10. 9, б) менее жесткая, чем при независимом возбуждении (кривая 1, рис. 10. 9, б), т.к. при увеличении тока нагрузки происходят дополнительное уменьшение напряжения в связи с уменьшением тока возбуждения.

С уменьшением R_н ток нагрузки I увеличивается до некоторой величины I_mах, а затем уменьшается и I_к.з< I_mах. Внезапное короткое замыкание опасно и для генератора параллельного возбуждения, т.к. магнитная цепь не успевает размагнититься и ток в якоре достигает опасного для машины значения.

 

Генератор последовательного возбуждения.

При последовательном соединении обмотки возбуждения с обмоткой якоря (рис. 10.10, а) ток возбуждения равен току нагрузки (I_в = I). Напряжение холостого хода при малой нагрузке невелико. С увеличением нагрузки увеличивается и ток возбуждения, медленно и увеличивается ЭДС и напряжение на внешних зажимах генератора (см. внешнюю характеристику).

При I = I_кр рост напряжения прекращается, а при дальнейшем увеличении нагрузки напряжение уменьшается. (рис. 10.10, б). Такие генераторы в практике применяют очень редко.

 

 

а) б)

 

Рис. 10.10

 

Генератор смешанного возбуждения (рис. 10.11, а).

Параллельная обмотка создает основную часть рабочего магнитного потока, последова-тельная подмагничивает машину, если включена согласно с параллельной. В данном случае действие последовательной обмотки компенси-рует размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря, поэтому напряжение на зажимах генератора с изменением нагрузки изменяется мало (внешняя характеристика 1, рис. 10.11, б). При встречном включении ОВ их намагни-чивающие силы направлены противоположно, поэтому напряжение на зажимах генератора резко понижается с ростом тока нагрузки (внешняя характеристика 2, рис. 10.11, б).

(одна обмотка возбуждения ОB₁ соединена параллельно с обмоткой якоря, а другая ОВ₂ – последовательно).

а) б)

Рис. 10.11

 

 

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ R

1) ЭДС обмотки якоря: Е = CЕ ּ Ф ּ n, где се = , тогда Е = ּ Ф ּ n.   2) ЭДС генератора постоянного тока: ЕГ = U – IЯ RЯ.   3) Электромагнитный момент: МЭМ = СМּФ ּIЯ, где СМ = , тогда МЭМ = ФּIЯ.   4) Мощность потерь в цепи якоря: DРя = I^2я Rя.   5) Электромагнитная мощность: Рэм = Рмх = E Iя.   6) Электрическая мощность на входе двигателя: P = U ּ I.   7) Мощность цепи возбуждения: Рв = Iв^2Rв = Uּ Iв.   8) Мощность цепи якоря: Ря = Р1 – Рв.   9) КПД двигателя постоянного тока: h= .

 

Обозначения

Единицы измерения

се – электрическая постоянная Ф – магнитный поток n – частота (скорость) вращения якоря р – число пар полюсов N – число проводников всей обмотки якоря а – число пар параллельных ветвей U – напряжение в сети Iя – ток в обмотке якоря Rя – сопротивление обмотки якоря См – постоянная машины рмх – механическая мощность Iв – ток возбуждения Rв – сопротивление обмотки возбуждения p1 – электрическая мощность на зажимах р2 – полезная механическая мощность

1 Вб об/мин   1 В 1 А 1 Ом   1 Вт 1А 1 Ом 1 Вт 1 Вт

 

 

Примеры решения задач Ë

1. ЭДС генератора постоянного тока равна е_г = 180 В, магнитный поток полюса Ф = 20 Вб, обмотка якоря имеет число проводников N = 10, число пар полюсов р = 4, число параллельных ветвей а = 3. Найти частоту вращения якоря n.

 

Дано:   Ег = 180 В Ф = 20 Вб N = 10 р = 4 а = 3	Решение   Из формулы ЭДС генератора постоянного тока: Ег = ּ Ф ּ n. выразим частоту вращения якоря: n = n = = 40,5 об/мин. Ответ: 40,5 об/мин
n –?

 

2. Ток цепи якоря: I_я = 10 А, сопротивление цепи якоря R_я = 6 Ом, ЭДС генератора постоянного тока Е_г = 200 В. Найти напряжение на зажимах генератора U.

 

Дано:   Iя = 10 А Rя = 6 Ом Ег = 200 В	Решение   ЭДС генератора постоянного тока: Ег = U – Iя Rя, отсюда U = 200 + 10ּ6 = 260 В.   Ответ: 260 В.
U –?

 

3. Генератор постоянного тока с номинальным током якоря 65 А и сопротивлением цепи якоря 0,2 Ом предполагается использовать как двигатель. Определить частоту вращения машины, если в генераторном режиме частота вращения 1500 об/мин, номинальное напряжение 220 В. Магнитный поток в обоих случаях одинаков.

 

Дано:   Iя = 65 А Rя = 0,2 Ом nг = 1500 об/мин U = 220 В Ф = const	Решение   1. Напряжение двигателя постоянного тока: U = Ед + Iя Rя, Þ Eд = U – Iя Rя, Ед = 220 – 65ּ0,2 = 207 В. ЭДС генератора: Eг = U + Iя Rя Ег = 220 + 65ּ0,2 = 233 В. 2. Используя другую формулу нахождения ЭДС: Ег = СЕּФּnг; Ед = СЕּФּnд, где СЕ – электрическая постоянная машины.
nд –?

3. т.к. Ф = const (см. дано), то

С_Е Ф = ; С_Е Ф = ;

= Þ n_д =

n_д = = 1332,6 об/мин.

 

Ответ: 260 В.

 

4. Определить мощность потерь в якоре двигателя постоянного тока сопротивлением 2 Ом. Если напряжение на его выводах 450 В, а ЭДС, индуцируемая в его обмотке, составляет 440В.

 

Дано:   Rя = 2 Ом U = 450 В Ед = 440 В	Решение   1. Мощность потерь в якоре двигателя постоянного тока: DРя = I^2я Rя. 2. Из формулы ЭДС двигателя: Ед = U – Iя Rя найдем Iя = = = 5 А. 3. Тогда DРя = 25ּ2 = 50 Вт.   Ответ: 50 В.
DРя –?

 

 

Контрольные вопросы 4

1. Укажите основные конструктивные части машины постоянного тока?

2. Каково основное назначение коллектора?

3. Какое явление называют реакцией якоря?

4. Какие виды потерь энергии существуют в генераторах постоянного тока?

5. Укажите типы генераторов постоянного тока?

6. Укажите типы двигателей постоянного тока?

 

 

Задачи для самостоятельного решения?

1. Определить ЭДС четырехполюсного генератора постоянного тока, если якорь вращается с частотой 1500 об/мин, магнитный поток полюса 10^-2 Вб, а отношение числа активных проводников обмотки якоря к числу пар параллельных ее ветвей равно 450.

(Ответ: 225 В).

 

2. При частоте вращения якоря 1000 об/мин ЭДС была равна 230 В. Найти постоянный коэффициент С_Е, если магнитный поток полюса 10^-2 Вб.

(Ответ: 12)

 

3. При увеличении частоты вращения генератора постоянного тока в 1,5 раза ЭДС возросла на 110 В. Вычислить первоначальную ЭДС при неизменном магнитном потоке.

(Ответ: 220В)

 

4. Определить частоту вращения ротора генератора постоянного тока независимого возбуждения, если постоянный коэффициент С_Е = 11, магнитный поток одного полюса 10^-2 Вб, напряжение на выводах генератора 110 В при сопротивлении нагрузки 20 Ом и сопротивлении цепи якоря 1 Ом.

(Ответ: 1050 об/мин)

 

5. При полезной мощности генератора постоянного тока, равной 10 кВт, его КПД составлял 90%. Определить суммарную мощность потерь в генераторе.

(Ответ: 1,11кВт)

 

6. Найти ЭДС, индуцируемую в якоре двигателя постоянного тока, если при частоте вращения 1500 об/мин магнитный поток полюса не превышает 1,7ּ10^-2 Вб, а постоянный коэффициент С_Е = 9.

(Ответ: ≤ 230 В)

 

7. Двигатель постоянного тока вращается с частотой 1500 об/мин, магнитный поток полюса 10^-2 Вб. Сколько полюсов у двигателя, если отношение числа активных проводников обмотки якоря к числу пар ее параллельных ветвей равно 440. ЭДС двигателя 220 В.

(Ответ: 8)

 

Основы электропривода

 

11.1 Понятие об электроприводе........................................................................................ 143

 

11.2 Механические характеристики нагрузочных устройств........................................... 144

 

11.3 Выбор электродвигателя по механическим характеристикам................................ 144

 

11.4 Конструктивные типы электродвигателей. Нагревание и охлаждение

 

электродвигателей....................................................................................................... 145

 

11.5 Режимы работы электродвигателей. Выбор мощности........................................... 145

 

11.6 Аппаратура управления электродвигателями............................................................ 148

 

Основные формулы.......................................................................................... 149

 

Обозначения...................................................................................................... 150

 

Примеры решения задач................................................................................. 151

 

Контрольные вопросы..................................................................................... 153

.

 

Понятие об электроприводе

Электрическим приводом (электроприводом) называется электромеханическое устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации рабочих процессов.

 

 

Рис. 11.1 Структурная схема электропривода

 

ПрУ – преобразующее устройство – преобразует напряжение, ток или частоту напряжения. Выполнено в виде магнитного усилителя с выпрямлением, управляемого выпрямителя на тиристорах и т.д.

ЭДУ – электродвигательное устройство – преобразует электрическую энергию в механическую.

ПУ – передаточное устройство, служит для изменения скорости до значения, необходимого рабочему механизму РМ. Выполнено в виде редуктора, т.е. может быть неуправляемым. Управляемое ПУ– коробка передач с электромагнитными муфтами, изменяющими ее передаточное число.

УУ – управляющее устройство регулирует работу всех блоков электропривода, изменяя мощность на валу рабочего механизма, значение и частоту напряжения, схему включения электродвигателя, передаточное число коробки передач, направление вращения электродвигателя и т.д.

На практике электропривод бывает автоматизированный и неавтоматизированный. В автоматизированном электроприводе человек создает только начальное управляющее воздействие (пуск электропривода). В неавтоматизированном человек периодически управляет работой электропривода в зависимости от отклонения от заданного режима.

Электроприводы делят на три группы:

1) групповые – электродвигатель с помощью механической передачи (трансмиссии)

приводит в действие несколько рабочих механизмов.

2) одиночные – механизм приводится в действие индивидуальным электродвигателем,

при этом все элементы рабочего механизма соединяются с приводным двигателем соответствующими передачами.

3) многодвигательные – каждый орган рабочего механизма снабжен своим двигателем.