Двигательный режим работы машины

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ МАШИНЫ

(Темы 46, 47)

 

Обратимость машин

 

Пусть машина работает в режиме генератора на сеть с постоянным напряжением .

В генераторном режиме ЭДС  машины, ток якоря  > 0 и поступает в сеть (рис. 9.1, а). На валу машины действует электромагнитный момент М_ЭМ, направленный в рассматриваемом случае против часовой стрелки и против вращающего момента (рис. 9.1, б).

При снижении тока возбуждения  уменьшается поток Ф и ЭДС машины Е, а следовательно, и ток в якоре. При значении ЭДС Е = U ток генератора и электромагнитный момент обратятся в нуль.

При дальнейшем понижении ЭДС машины вновь появится разность Е - U, но с противоположным знаком. В этом случае ток якоря  изменит свой знак и потечет из сети в машину (рис. 9.1, в). Поскольку , направление тока  в обмотке возбуждения и полярность основных полюсов останутся прежними, изменится знак электромагнитного момента . Если прежде машина работала в режиме генератора и, развивая тормозящий момент, преобразовывала подводимую к ней механическую мощность в электрическую, то теперь она работает в режиме электродвигателя и развивает вращающий момент  преодолевая момент сопротивления на валу М_С и преобразовывая подводимую к ней мощность в механическую (рис. 9.1, г). Но при этом она продолжает вращаться в прежнем направлении.

Таким же образом поведет себя машина, если, оставляя ток возбуждения неизменным, уменьшать частоту вращения якоря.

Отсоединив первичный двигатель, получим нормальную схему двигателя параллельного возбуждения (рис. 9.1, в).

Обратными действиями также плавно можно перевести ма- шину из двигательного в генераторный режим.

 

Энергетическая диаграмма

 и уравнение моментов двигателя

Рассмотрим энергетический процесс на примере двигателя па-раллельного возбуждения. Пусть двигатель работает в установившемся режиме при  и напряжении на зажимах двигателя U. Если Р ₁ - полная электрическая мощность, подводимая к двигателю из сети, - ток в якоре и - ток возбуждения, то

 

.                                                            (9.1)

 

Часть этой мощности тратится на покрытие потерь в цепи якоря  и в цепи возбуждения . Остальная часть мощности прообразовывается в электромагнитную - , которая, в свою очередь, преобразовывается в полную механическую мощность . Следовательно,

 

. (9.2)

 

Полезная механическая мощность  отдаваемая двигателем, меньше мощности  на величину мощности холостого хода , необходимой для покрытия потерь в стали якоря  механических и добавочных потерь  , то есть

 

         (9.3)

 

Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения изображена на рис. 9.2.

Уравнение напряжения и тока

 

В двигателях направление действия ЭДС якоря Е противоположно направлению тока якоря  (см. 1.1), и поэтому Е называют также противоэлектродвижущей силой якоря. Напряжение для цепи якоря двигателя

.                                            (9.10)

В режиме двигателя всегда > .

Из (9.10) ток якоря

 

,                                               (9.11)

 

где по (4.5)

Решая уравнение (9.10) совместно с (4.5) относительно п, находим уравнение электромеханической характеристики  двигателя:

 

.                                        (9.12)

 

Выразив значение тока из (4.12) и подставив его в (9.12), получим уравнение механической характеристики  двигателя:

 

 

                                       (9.I3)

 

Вид механической и скоростной характеристик двигателя при U = с onst зависит от того, как с изменением нагрузки двигателя меняется магнитный поток машины Ф. Вид этих характеристик различен для двигателей с разными способами возбуждения.

 

Реверсирование двигателей

Направление электромагнитной силы, действующей на проводник с током, зависит от направления тока, и магнитного поля. Следовательно, для изменения направления вращения (реверсирования) двигателя необходимо и до-

статочно изменить направление тока в обмотке якоря или в обмотке возбуждения (рис. 9.5).

При изменении направления тока в якоре при наличии обмоток добавочных полюсов или компенсационной одновременно меняются направления токов в них. Иначе МДС этих обмоток будут усиливать МДС обмотки якоря вместо того, чтобы уничтожать ее.

Для реверсирования машин смешанного возбуждения необходимо изменять направление тока только в якоре или одновременно

в обеих обмотках возбуждения. В противном случае нарушится согласованное действие последовательной и параллельной обмоток.

 

 

Тахогенераторы

Тахогенераторы относят к информационным машинам, то есть к машинам от которых требуется высокая точность преобразования электрических или механических входных - сигналов управления соответственно в механические или электрические выходные величины, находящиеся в строго постоянной вполне определенной зависимости от входных сигналов. Тахогенераторы преобразуют частоту вращения механизма, с валом которого они соединены, в строго пропорциональное выходное напряжение:

,             (10.1)

где  частота вращения,  угол, на который перемещается вал механизма, связанного с тахогенератором.

В системах автоматики тахогенераторы служат:

для измерения частоты вращения (в этом случае выходное напряжение подается на вольтметр, шкала которого отградуирована в об/мин);

для осуществления обратной связи по скорости в следящих системах;

для осуществления электрического дифференцирования

 (  и интегрирования .

Тахогенераторы постоянного тока по принципу действия и конструктивному оформлению представляют собой машины постоянного тока чаще с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 10.4, б), реже с электромагнитным возбуждением (рис. 10.4, а). В них используют якорь обычного типа, полый или дисковый с печатной обмоткой.

 

Выходное напряжение тахогенератора  выражают, как и напряжение обычного генератора постоянного тока, через ЭДС якоря , падение напряжения в обмотке якоря  и падение напряжения на щеточном контакте :

 

.         (10.2)

 

Представив в (10.2) ЭДС по (4.5), ток через напряжение и сопротивление нагрузки:

 

,               (10.3)

 

получим:

 

.      (10.4)

 

Решив это равенство относительно напряжения , найдем выражение для выходного напряжения:

 

.       (10.5)

 

При  выходное напряжение

 

.             (10.6)

 

При постоянном потоке Ф, сопротивлениях якоря  и нагрузки

 

,                   (10.7)

где  называют крутизной характеристики генератора.

Крутизна выходной характеристики растет с уменьшением  и увеличением  и при холостом ходе крутизна характеристики наибольшая (рис. 10.4, в, кривая 1 ). При уменьшении сопротивления нагрузки крутизна меньше (кривая 2 на рис. 10.4, в). В реальных тахогенераторах сопротивление щеточного контакта не равно нулю и выходная характеристика  пересекает ось ординат (при ) не в начале координат, а в точке  прямая 3 на рис. 10.4, в.

Зону частот вращения от  до , при которых выходное напряжение , называют зоной нечувствительности. Для уменьшения зоны нечувствительности тщательно подбирают щетки медно-графитные или серебряно-графитные, иногда выполняя их с напылением серебра или золота.                     

Практически выходная характеристика отклоняется от линейного закона в результате размагничивающего действия реакции якоря(кривая 4 на рис. 10.4, в), наличия нелинейного сопротивления в переходном контакте между коллектором и щетками и изменения тока возбуждения из-за увеличения сопротивления обмотки возбуждения при ее нагреве. Для уменьшения погрешности увеличивают сопротивление внешней нагрузки, суживают пределы измерения скорости механизмов, выполняют тахогенераторы с сильно насыщенной магнитной системой. Последнее уменьшает влияние изменения сопротивления обмотки возбуждения при нагреве и размагничивающее действие реакции якоря.

 

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ МАШИНЫ

(Темы 46, 47)

 

Обратимость машин

 

Пусть машина работает в режиме генератора на сеть с постоянным напряжением .

В генераторном режиме ЭДС  машины, ток якоря  > 0 и поступает в сеть (рис. 9.1, а). На валу машины действует электромагнитный момент М_ЭМ, направленный в рассматриваемом случае против часовой стрелки и против вращающего момента (рис. 9.1, б).

При снижении тока возбуждения  уменьшается поток Ф и ЭДС машины Е, а следовательно, и ток в якоре. При значении ЭДС Е = U ток генератора и электромагнитный момент обратятся в нуль.

При дальнейшем понижении ЭДС машины вновь появится разность Е - U, но с противоположным знаком. В этом случае ток якоря  изменит свой знак и потечет из сети в машину (рис. 9.1, в). Поскольку , направление тока  в обмотке возбуждения и полярность основных полюсов останутся прежними, изменится знак электромагнитного момента . Если прежде машина работала в режиме генератора и, развивая тормозящий момент, преобразовывала подводимую к ней механическую мощность в электрическую, то теперь она работает в режиме электродвигателя и развивает вращающий момент  преодолевая момент сопротивления на валу М_С и преобразовывая подводимую к ней мощность в механическую (рис. 9.1, г). Но при этом она продолжает вращаться в прежнем направлении.

Таким же образом поведет себя машина, если, оставляя ток возбуждения неизменным, уменьшать частоту вращения якоря.

Отсоединив первичный двигатель, получим нормальную схему двигателя параллельного возбуждения (рис. 9.1, в).

Обратными действиями также плавно можно перевести ма- шину из двигательного в генераторный режим.

 

Энергетическая диаграмма

 и уравнение моментов двигателя

Рассмотрим энергетический процесс на примере двигателя па-раллельного возбуждения. Пусть двигатель работает в установившемся режиме при  и напряжении на зажимах двигателя U. Если Р ₁ - полная электрическая мощность, подводимая к двигателю из сети, - ток в якоре и - ток возбуждения, то

 

.                                                            (9.1)

 

Часть этой мощности тратится на покрытие потерь в цепи якоря  и в цепи возбуждения . Остальная часть мощности прообразовывается в электромагнитную - , которая, в свою очередь, преобразовывается в полную механическую мощность . Следовательно,

 

. (9.2)

 

Полезная механическая мощность  отдаваемая двигателем, меньше мощности  на величину мощности холостого хода , необходимой для покрытия потерь в стали якоря  механических и добавочных потерь  , то есть

 

         (9.3)

 

Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения изображена на рис. 9.2.