Введение в электрические машины. Классификация

ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ

Электрические машины- это технические устройства, предназначенные для преобразования одного вида энергии в другой. Осуществляется с потерями, отсюда КПД указанных устройств меньше 1.

Преобразование механической энергии в электрическую осуществляется в генераторах. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется в двигателях. Это действительно для постоянного и переменного тока. Исходя из изложенного вал генератора соединяется с первичным двигателем, а вал двигателя соединяется с рабочим механизмом.

Машины постоянного и переменного тока. Наличие вращающихся частей, которые в машинах постоянного тока называются якорь, в машинах переменного тока – ротор. Есть воздушный зазор между ротором и статором. Величина зазора влияет на стоимость, характеристики электрической машины. Для лучшего использования материала используется система охлаждения- воздушное охлаждение по разомкнутому и замкнутому циклу.

Магнитопроводящие материалы – электротехническая сталь.

Корпус – обычная сталь.

Изоляционные материалы. Проводники должны быть изолированы друг от друга и от окружающей среды.

Изоляционные материалы имеют разные классы изоляции.

Электрические машины робототехнических систем классифицируются по назначению, роду тока, принципу действия, мощности, частоте вращения. Классификация по назначению:Электромашинные генераторы,Электрические двигатели. Двигатели и генераторы делятся по нагревостойкости.

Классификация по роду тока и принципу действия: электрические машины по роду тока делят на машины переменного и постоянного тока.

Машины переменного тока в зависимости от принципа действия и особенности магнитной системы подразделяют на асинхронные, синхронные и коллекторные.

К этой группе электрических машин принято относить также и трансформаторы, которые используются для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформатор — статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.

Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных обмоток, охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

 

СИММЕТРИЧНОСТЬ ОБМОТОК ЯКОРЯ.

Симметричной можно назвать такую обмотку, которая при любом положении якоря относительно полюсов обладает одинаковыми значениями ЭДС и сопротивлений обмотки якоря.

При неравенстве ЭДС в контурах этих ветвей появляются уравнительные токи.

Симметричной можно считать обмотку:

-в ветвях которой включено одинаковое число секций, каждая ветвь должна располагаться в одинаковом числе реальных пазов;

-ветвь должна располагаться симметрично относительно полюсов.

Выполнение этих условий не гарантирует симметрии обмотки.

 

 

Магнитные потоки.

δ – величина воздушного зазора

h_Z- высота зуба

L_A-длина средней силовой линии в якоре

h_p- высота полюса

L_j – длина средней силовой линии в ярме

При расчете магнитная цепь развивается на участке которые обладают одинаковой магнитной проницаемостью.

F_δ=2H_δδ

F_z=2H_zh_z

F_a=H_aL_a

F_p=2H_ph_p

F_j=H_jL_j

Ф- основной магнитный поток в воздушном зазоре машины на площади ограниченной одним полюсным делением τ.

Ф_б- потоки рассеивания которые не проходят из полюса в якорь машины.

Ф_р=Ф+Ф_б – магнитный потоу создаваемый полюсами.

Ф_р=Ф+(1+Ф_б/Ф)=К_бФ,где К_б =1,12…1,25 – коэф. рассеивания

 

 

РЕАКЦИИ ЯКОРЯ

При протекании тока по обмотке якоря вокруг каждого проводника и якоря в целом образуется магнитный поток. Этот поток взаимодействует с основным магнитный потоком. Воздействие поля или потока якоря на основной магнитный поток и называется реакцией якоря.

Действие поля якоря на основной магнитный поток связано с состоянием магнитной системы. Если магнитная система не насыщена, то основной магнитный поток не изменяется по величине, при насыщенной магнитной цепи под действием поля якоря основной магнитный поток в воздушном зазоре уменьшается, что отрицательно сказывается на работе машины постоянного тока.

Действие поля якоря на примере генератора:

Поле якоря всегда направлено по расположению щеток.при установке щёток по геометрической нейтрали-поле якоря направлено поперёк оси полюсов –поле поперечной реакцииякоря. Сдвинем щетки с линии геометрической нейтрали в положение физической нейтрали. МДС становится меньше на величину Fад – продольная размагничивающая составляющая реакции якоря. Вывод: при сдвиге щеток с нейтрали по направлению вращения якоря появляется продольная размагничивающая составляющая реакции якоря. В связи с этим сдвиг щеток в генераторном режиме против направления вращения якоря запрещен. Как следствие у набегающего края полюса поле направлено встречно основному магнитному потоку, а у сбегающего края – наоборот.

Если магнитная цепь не насыщена, то уменьшение магнитного потока у набегающего края полюса равно увеличению магнитного потока у сбегающего края полюса, в связи с этим суммарный магнитный поток остается неизменным. При насыщенной магнитной цепи, уменьшение у набегающего края будет больше чем увеличение у сбегающего, в связи с чем магнитный поток в зазоре уменьшается.

УЧЕТ ДЕЙСТВИЯ РЕАКЦИИ ЯКОРЯ

Рассмотрим 2 принципиальных случая:

- при ненасыщенной магнитной системе, когда действие реакции якоря приводит только к искажению магнитного потока.

- при насыщенно магнитной цепи, когда под действием поля якоря основной магнитный поток в воздушном зазоре уменьшается под действием поля якоря. Для упрощения расчетов вводится параметр – линейная нагрузка.

Iпр - ток проводника, Da – диаметр окружности якоря, А – ток якоря, приходящийся на единицу длины окружности якоря (A\м).

1. Действие реакции якоря при ненасыщенной магнитной цепи:

По общему правилу за положительное направление магнитной индукции принимается такое, когда магнитный поток из воздушного зазора поступает в якорь. Поскольку магнитная система ненасыщенна, индукция основного магнитного потока и реакции якоря должны быть сложены. Индукция по окружности якоря под действием поля якоря распределяется неравномерно. Повышается напряжение между соседними коллекторными пластинами, что может отрицательно сказаться на коммутации электрической машины.

Индукция в воздушном зазоре остается неизменной. Физическая нейтраль относительно геометрической нейтрали по направлению вращения якоря на угол α, величина этого угла определяется током нагрузки якоря.

Faq=A*2*x

При отсутствии насыщения можно пренебречь МДС стальных участков, учитывать только МДС воздушного зазора.

2. При насыщенной магнитной цепи.

Цепь насыщена, поэтому нельзя решить этот вопрос складыванием индукции основного магнитного потока и от поля якоря, в этом случае строится переходная характеристика

Площадь ABCDEF – магнитный поток в воздушном зазоре. Уменьшение магнитного потока под действием поля якоря приводит к уменьшению ЭДС на зажимах генератора. Качественные и количественные оценки реакции якоря применимы и для двигательного режима работы с учетом того, что ток и ЭДС направлены в противоположные стороны.

1. У набегающего края полюса магнитные потоки будут складываться, у сбегающего вычитаться.

2. Сдвиг щеток с нейтрали по направлению вращения якоря приводит к появлению продольной намагничивающей составляющей якоря, в связи с этим в двигательном режиме сдвиг щеток с геометрической нейтрали по направлению вращения запрещен

Характеристика х.х.

K_μ= –коэффициент насыщения

 

Хар-ка х.х. носит криволинейный характер, что объясняется стальных сетей.

Генератор, который хотя бы раз работал обладает остаточным магнитным потоком.

При снятии хар-ки х.х. ток возбуждения должен изменятся только в одну сторону, в противоположном случае мы попадаем на частные циклы.

 

Характеристика к.з. Для снятия хар-ки к.з обмотка возбуждения должна быть запитана от постороннего источника по типу генератора с независимым возбуждением.

В генераторах с большим остаточным магнитным потоком такую хар-ку нельзя снять, т.к. токи якоря могут значительно превышать их номинальное значение.

Хар-ка носит прямолинейный характер, так как отсутствует насыщение магнитной цепи.

За счет остаточного магнитного потока эта хар-ка начинается не из 0. При внезапном к.з. в первый момент времени ток якоря возрастает, в дальнейшем ток якоря будет уменьшатся, т.к. цепь обмотки возбуждения закорочена, в результате ток якоря будет опред. величиной остаточного магнитного потока.

Внешняя характеристика

R_B=const

U=E-I_A∑R_A

С увеличением тока якоря, возрастает падение напряжения.

Под действием реакции якоря уменьшается основной магнитный поток, что приводит к уменьшению Э.Д.С. Под действием двух указанных величин уменьшается ток возбуждения генератора, что приводит еще к большему уменьшению напряжения.

2- с независимым возбуждением

Регулировочная хар-ка

При увеличении тока якоря напряжение на зажимах генератора уменьшается.

Для поддержания неизменным напряжение при фиксированном значении скорости вращения необходимо увеличивать Э.Д.С,

Что и осущ. за счет увеличения тока возбуждения.

Нагрузочная хар-ка Нагрузочная по своему внешнему виду напоминает хар-ку х.х. и снимается при токе якоря равному минимальному значению.

 

САМОВОЗБУЖДЕНИЕ ГПТ

Генераторы делятся на генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением. В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения питаются электрической энергией, вырабатываемой в самом генераторе. В зависимости от способа включения обмоток такие генераторы делятся на: 1) генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые, 2) генераторы последовательного возбуждения, или сериесные, и 3) генераторы смешанного возбуждения, или компаундные.

Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения происходит при соблюдении следующих условий: 1) наличия остаточного магнитного потока полюсов, 2) правильного подключения концов обмотки возбуждения или правильного направления вращения. Кроме того, сопротивление цепи возбуждения R_В при данной скорости вращения n должно быть ниже некоторого критического значения или скорость вращения при данном R_В должна быть выше некоторой критической величины.

Для самовозбуждения достаточно, чтобы остаточный поток составлял 2-3% то номинального. Остаточный поток такой величины практически всегда имеется в уже работавшей машине. Вновь изготовленную машины или машину, которая размагнитилась, необходимо намагнитить, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.

При соблюдении необходимых условий процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Небольшая Э.Д.С., индуцируемая в якоре остаточным магнитным потоком, вызывает в обмотке возбуждения малый ток i_В. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно увеличение Э.Д.С., которая в свою очередь обуславливает дальнейшее увеличение i_В, и т. д. Такой лавинообразный процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока напряжение генератора не одстигнет установившегося значения.

Рассмотрим подробнее процесс самовозбуждения при холостом ходе.

На рисунке а) кривая 1 представляет собой характеристику ХХ, а прямая 2 – так называемую характеристику цепи возбуждения или зависимость U_В=R_Вi_В, где R_В = const – сопротивление цепи возбуждения, включая сопротивление регулировочного реостата.

В процессе самовозбуждения i_В ≠ const и напряжение на концах цепи возбуждения

, где L_В – индуктивность цепи возбуждения.

Напряжение якоря при холостом ходе (I=0)

U_a=E_a-i_BR_a

Изображается на рисунке а) кривой 1. Так как i_В мало, то практически U_a=E_a.

Но в генераторе параллельного возбуждения U_a=U_B, поэтому разность ординат кривой 1 и кривой 2 на рисунке а) составляет и характеризует скорость и напрвление изменения i_В. Если прямая 2 проходит ниже кривой 1, то , i_В растет и машина самовозбуждается до напряжения, соответствующего на рисунке а) точке пересечения кривой 1 и прямой 2, в которой , и рост i_В прекратится.

Чем больше R_В тем медленнее происходит процесс самовозбуждения. Прямая 4 является касательной к кривой 1. При этом машина будет находиться на грани самовозбуждения. Значение R_В, соответствующее прямой 4, называется критическим (R_В.кр). При R_В> R_В.кр (прямая 5) самовозбуждение невозможно и напряжение машины определяется остаточным потоком.

 

 

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГПТ.

При параллельно работе генераторов необходимо соблюсти следующие условия: 1) при включении генератора на параллельную работу не должно возникать значительных толчков тока, способных вызвать нарушения в работе генераторов и потребителей; 2) генераторы должны нагружаться по возможности равномерно, пропорционально их номинальной мощности.

Включение на параллельную работу. Надо соблюсти следующие условия: 1) полярность генератора 2 должна быть такой же, как и генератора 1 или шин Ш; 2) Э.Д.С. генератора 2 должна равняться напряжению на шинах.

Параллельная работа генераторов параллельного возбуждения.

При параллельной работе двух или более генераторов их напряжения U всегда равны, так как генераторы включены на общие шины. Поэтому для случая работы двух генераторов их уравнения напряжения можно записать в следующем виде:

U=E_a1-I_a1R_a1=E_a2-I_a2R_a2, где E_a=c_eФ_δn.

После включения генератора 2 на шины его можно нагрузить током. Для этого нужно увеличить Э.Д.С. генератора E_a2, которая станет больше U, в результате чего в якоре генератора 2 возникнет ток I_a2. Тогда при неизменном токе нагрузки ток I_a1 уменьшится. Если Э.Д.С. E_a1 останется постоянной, то разность E_a1-I_a1R_a1 не будет уже равна прежнему значению напряжения на шинах и U увеличится. Поэтому для поддержания U = const одновременно с увеличением E_a2 нужно уменьшать E_a1. Изменение E_a1 и E_a2 возможно двумя путями: изменением тока возбуждения i_B или скорости вращения n. В обоих случаях генератор и его первичный двигатель изменяет свою мощность. В эксплуатационных условиях обычно изменяют ток возбуждения.

 

Параллельная работа генератора смешанного возбуждения.

Если показанный на рисунке уравнительный провод аб отсутствует, то устойчивая параллельная работа невозможна. Действительно, пусть при отсутствии этого провода ток I₁ первого генератора несколько увеличился. Тогда действие последовательной обмотки возбуждения этого генератора усилится, его Э.Д.С. E_a1 возрастет, что вызовет дальнейшее увеличение I₁, и т. д. Одновременно ток I₂ и Э.Д.С. E_a2 второго генератора будут непрерывно уменьшаться. В результате возможна значительная перегрузка генератора 1, а генератор 2 разгрузится и даже может перейти в двигательный режим.

При наличии уравнительного провода параллельная работа будет протекать нормально, т. к. случайное приращение тока якоря одного генератора распределится между последовательными обмотками возбуждения обоих генераторов и вызовет увеличение Э.Д.С. обоих генераторов.

Можно также перекрестить последовательные обмотки возбуждения обоих генераторов: обмотку генератора 1 включить последовательно в цепь якоря генератора 2 и наоборот.

Параллельная работа генераторов смешанного возбуждения со встречным включением последовательных обмоток происходит без подобных затруднений.

 

 

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Двигатели предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Такое определение предполагает обязательное соединение якоря двигателя с рабочим механизмом. Принцип действия двигателя постоянного тока основан на взаимодействии проводника с током с магнитным потоком, в котором этот проводник расположен. На каждый проводник обмотки якоря действует сила, направление которой определяется по правилу левой руки. Произведение сил на радиус создает момент и если момент двигателя больше момента статического, то якорь начинает разворачиваться.

В двигательном режиме можно определить следующие элементы его работы: 1) пусковой режим; 2) рабочий или двигательный; 3) торможение.

Принято считать то, что ∆U на 2-ух щётках составляет 2 В. ∆Pмех – потери в подшипниках при трении якоря о воздух. В электр.машинах разделяют 2 класса потерь: 1) постоянные потери мощности, не зависящие от тока нагрузки; 2) переменные потери, связанные с током нагрузки и стоком якоря. При равенстве постоянных и переменных потерь электромагнитное устройство работает с максимальным КПД.

. Если U>E– двигательный режим. U<E– генераторный режим.

. При постоянстве мощности при увеличении момента на валу двигателя уменьшается частота вращения.

. В двигательном режиме противоЭДС является своеобразным регулятором между моментом на валу и током якоря. Как следует из формулы, при пуске двигателя, когда n=0, противоЭДС Eтакже равно 0, пусковой ток принимает очень большие значения, поэтому на время пуска двигателя должны приниматься меры для ограничения величины пускового тока.

, где n-скорость.

Как следует из выражения, имеются следующие пути регулирования:

1) изменением подводимого Uпри машинной реализации исполнения системы генератор-двигатель;

2) увеличением добавочного сопротивления (скорость падает);

3) уменьшением магнитного потока (скорость увеличивается).

Условие устойчивой работы рабочего механизма и двигателя:

ТОРМОЖЕНИЕ АД

1. Динамическое.

2. Противовключение.

3. Генераторное.

 

1) Динамическое.

Обмотка статора двигателя подключается от цепи переменного тока и подключается в цепь постоянного тока. В статоре создается неизменная по величие и по времени магнитный поток. В замкнутой обмотке ротора наводится эдс и протекает ток. Взаимодействие тока с магнитным потоком создает тормозной момент, направленный встречно относительно момента предшествующего режима.

Запасенная энергия расходуется на тепло. Способ неэкономичный.

 

 

2) Противовключение.

Для изменения направления вращения двигателя необходимо у источника питания поменять 2 фазы. Если не поменять направление сети то протекают токи превышающие пусковые. Кроме того и к статору и к ротору подводится энергия, поэтому в тепл. отнош. Режим работы двигателя тяжелый. После остановки ротор двигателя разворачивается и вращается в противоположную сторону. То такой метод торможения может рекоменд. в тех случаях, когда необходимо вращение в другую сторону.

3) Генераторное.

Ротор должен вращаться по направлению вращения поля со стороны превыщающую синхронную. Обмотка статора должна быть подключена к сети, откуда двигатель получает мощность необходимую для возбуждения и туда выдается активная мощность. При автономном питании к выводам должны подсоединяться конденсаторные батареи. Реализация указанных требований осуществляется многоскоростным двигателем. При подключении обмоток статора с большей скоростью на меньш. в этом дипазоне двигатель будет работать в генер режиме, при этои активная состовляющая тока ротора меняет свой знак, реактивная состовляющая тока ротора свой знак не меняет.

При подключении к сети АД энергия в сеть выдается с частотой 50 Гц.

 

 

КОММУТАЦИЯ

Коммутация – это действие, направленное на изменение существующей схемы соединений, связанное с изменением тока по величине, направлению и т.д. В электрических машинах это комплекс вопросов, связанных с изменением направления тока в секции на противоположное при переходе секции из одной параллельной ветви в другую. Время коммутации мало и составляет тысячные доли секунды. Качество коммутационного процесса оценивается по искрению на коллекторе между коллекторными пластинами и щетками. Необходимо добиваться безыскровой работы машины.

Класс коммутации оценивается по степени искрения:

1) тёмная коммутация (нет искрения на коллекторе под сбегающим краем щетки);

1.^1/4) слабое искрение у сбегающего края щетки, когда потемнение на коллекторе устраняется его протиранием бензином.

1.^1/2) слабое искрение под большим краем щетки, без нагара, когда потемнение на коллекторе устраняется протиранием бензином.

1.^1/4 и 1.^1/2 – в этих случаях рекомендуется эксплуатировать электр.машину неограниченое время

2) второй класс коммутации;

3)третий класс коммутации.

2 и 3 – в этих случаях допускается кратковременная работа машины (при реверсе,резкой нагрузке); отличаются значительным искрением, появлением нагара щеток, потемнением коллектора, которое не устраняется его протиранием бензином.

Опасность значительного искрения заключается в том, что при разрыве цепей с током образуется дуга.

Период коммутации:

Под действием ЭДС самоиндукции протекает ток, который препятствует изменению тока предшествующего режима. ЭДС самоиндукции стремится затянуть коммутационный процесс.

, r1 и r2 – сопротивления. S1 и S2- площади соприкосновения.

Для получения хорошей коммутации необходимо добиваться, чтобы ток Iсо временем менялся по линейному закону,а I_{добавочное}=0. I=I_a+I_d. Это возможно при e_r+e_k=0. Если e_r>e_k, то такая коммутация называется замедленной.

 

ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЯ TV

1) Соединение Звезда-Звезда из 3охфазных трансформаторов.

Как было показано ранее при Х.Х. однофазного тр-ра при СИН форме магнитного потока ток был НЕСИН формы, с явновыраженой третьей гармонической.

Как известно из ТОЭ 3и гармоники направлены в одну сторону параллельно друг другу. Как следует из рисунка для 3их гармонических тока нет пути для их протекания. И стало быть ток Х.Х. будет иметь СИН форму. СИН форма тока при Х.Х. приводит к НЕСИН форме магнитного потока. Магнитный поток может быть уплощенной формы с явновыраженой 3ей гармоникой.

Во вторичной обмотке наводиться ЭДС 1ой и 3ей гармонике, что приводит к увеличению напряжения на выходе тр-ра, такое явление не желательно, т.к. в частности приводит к увеличению потерь в стали как в самом тр-ре, так и в эл.приемниках, которые к нему присоединены. В связи с этим 3ох фазный тр-ор состоящий из 3ох однофазных и соедененый Звезда-ТЗвезда нерекомендуется к применению. Один из вариантов улучшения – это подключения нулевого провода Звезда(нуль)-Звезда.

2) Х.Х. 3ох фазного тр-ра при соединении Треуг – звезда

При присоединении обмотки высшего напряжения к сети обеспечивается протекание токов нулевой последовательности. Ток Х.Х. будет НЕСИН формы, магн.поток – СИН формы.

В ЭДС вторичной обмотки 3ая гармоника будет отсутствовать.

Такая схема соединения рекомендована и применяется

 

3) Х.Х. Зох фазного тр-ра при соединении Звезда-Треуг.

При подсоединении к сети обмотки соединенной Звездой ток будет иметь СИН форму, т.к. нет путей для протекания 3ей гормоники, а магнитный поток будет НЕСИН формы с явно выраженной 3ей гармонической магнитного потока.

В обмотке соединенной Треуг наводиться ЭДС и протекают тока 3ей гармоники, эти токи создают магнитный поток 3ей гармоники обмотки высшего напряжения и т.о. компенсируют его.

Т.л. во вторичной обмотке тр-ра 3ие гармоники ЭДС отсутствуют

У мощных тр-ов для линий эл.передач при соединении обмоток Звезда- Звезда на стержнях тр-ра располагается дополнительная обмотка соединения Треуг, концы которой не выводяться на крышку бака.

 

МДС ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ.

Зубцовая зона – второй участок по сопротивления протеканию магнитного потока.

, для зубцовой зоны , где h_Z – высота зуба.

Определение МДС можно разделить на три этапа: 1) определяется индукция на участке; 2) для соответствующей марки стали определяется Н; 3) определяется МДС.

Существует 2 случая:

1 случай.

B_Z2 ≤ 1,8 Тл. Принято считать, что магнитная система не насыщена и весь магнитный поток из воздушного зазора в тело якоря проходит исключительно по зубцам.

2 случай.

B_Z2 > 1,8 Тл. В данном случае принято считать, что магнитная система насыщена, магнитный поток из зазора в якорь проходит частично по зубцам, частично по пазам.

 

АВТОТРАНСФОРМАТОР

Такой трансформатор у которого есть эл. Связь между обмотками высшего и низшего напряжений.

x

A

a

U2

U1

В автотрансформаторе мощность с одной обмотки на другую передается частично по эл путям. Частично эл-магн путем как в обычном трансфораторе. Чем больше мощность передаваемая эл путем тем более выгодный автотрансф по сравнению с обычным.

 

Выгодность применения автотр по сравн с обычным

2 4 5 … 10

0,5 0,75 0,8 … 0,9

Чем меньше тем более выгоден автотрансф по сравн с обычным 3-х ф трансф

-меньше габариты

-меньше потери в меди

-меньше Uk

Изоляция обмоток высшего и низшего напр должна быть одного класса

Применение:

-для пуска в ход асинхр двигателя

-в энергосист для связи 110/220,220/380

 

ЭДС ОБМОТКИ ЯКОРЯ

Е=В_δ*l*υ; где υ — скорость движения проводника. ; n-частота вращения

N — полное число проводников обмотки якоря; N/2а — число проводников в1 витке

2а — число ветвей обмотки

;

—магнитный поток в воздушном зазоре

—конструктивная постоянная по ЭДС

Для получения максимального по величине ЭДС на зажимах генератора щетки должны располагаться по линиям геометрических нейтралей. В ином случае ЭДС на зажимах генератора всегда будет меньше.

 

МДС В ВОЗДУШНОМ ЗАЗОРЕ

 

 

В_р—ширина полюса, t—полюсное деление

Фактически воздушный зазор под полюсом неодинаковый: под центром полюса меньше, по краям больше. В связи с этим магнитный поток по обмотке якоря на расстоянии полюсного деления располагается по трапециидальному закону. Для упрощения расчетов трапеция заменяется равновеликим прямоугольником с основанием В_рi и высотой В_δ

a’= В_рi/t a’—расчетный коэффициент полюсной дуги. При расчете a’ задается в справочнике.

 

МДС в воздушном зазоре для гладкого якоря.

В_δ=Ф/(a’*t) В=mН В=m_о*Н_δ Н_δ=Ф/(a’*t*l’*m_о) F_δ=2Ф*δ/(a’*t*l’*m_о)

Фактически якорь зубчатый обладает большим сопротивлением чем гладкий якорь. В электрических машинах это учитывается коэффициентом зазора Кδ (коэффициент Картера) К_δ= (t₁+10δ)/ (b_Z1+10δ)

t₁—зубцовый шаг по окружности якоря; b_Z1—ширина зубца по окружности якоря.

Приведенный воздушный зазор δ’= К_δ*δ

F_δ=2Ф*δ’/(a’*t*l’*m_о)

 

 

ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ

Электрические машины- это технические устройства, предназначенные для преобразования одного вида энергии в другой. Осуществляется с потерями, отсюда КПД указанных устройств меньше 1.

Преобразование механической энергии в электрическую осуществляется в генераторах. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется в двигателях. Это действительно для постоянного и переменного тока. Исходя из изложенного вал генератора соединяется с первичным двигателем, а вал двигателя соединяется с рабочим механизмом.

Машины постоянного и переменного тока. Наличие вращающихся частей, которые в машинах постоянного тока называются якорь, в машинах переменного тока – ротор. Есть воздушный зазор между ротором и статором. Величина зазора влияет на стоимость, характеристики электрической машины. Для лучшего использования материала используется система охлаждения- воздушное охлаждение по разомкнутому и замкнутому циклу.

Магнитопроводящие материалы – электротехническая сталь.

Корпус – обычная сталь.

Изоляционные материалы. Проводники должны быть изолированы друг от друга и от окружающей среды.

Изоляционные материалы имеют разные классы изоляции.

Электрические машины робототехнических систем классифицируются по назначению, роду тока, принципу действия, мощности, частоте вращения. Классификация по назначению:Электромашинные генераторы,Электрические двигатели. Двигатели и генераторы делятся по нагревостойкости.

Классификация по роду тока и принципу действия: электрические машины по роду тока делят на машины переменного и постоянного тока.

Машины переменного тока в зависимости от принципа действия и особенности магнитной системы подразделяют на асинхронные, синхронные и коллекторные.

К этой группе электрических машин принято относить также и трансформаторы, которые используются для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформатор — статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.

Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных обмоток, охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.