ЭДС обмотки якоря в машине постоянного тока.

ЭДС обмотки якоря в машине постоянного тока.

При выводе формулы ЭДС будем исходить из прямоугольного расположения индукции в зазоре, при этом магнитная индукция на участке расчетной полюсной дуги b_i=α_iτ равна B_δ, а за ее пределами равна 0 и в проводниках, расположенных за пределами bi, ЭДС не наводится. Это эквивалентно уменьшению общего числа пазовых проводников в обмотке якоря до значения N_i=α_iN.

При вращении якоря машины в направлении по часовой стрелке в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, направление которой может быть определено по правилу правой руки. Значение индуктируемой в проводнике ЭДС , где В - магнитная индукция; / - активная длина проводника; v – линейная скорость перемещения проводника. Полная ЭДС якоря рассматриваемой машины равна . ЭДС Eg является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках меняется. Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в обмотке возникает переменный ток, а во внешней цепи - постоянный. Это объясняется тем, что под верхней щеткой всегда находится пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой - пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными. Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток внешней цепи.

Значение ЭДС обмотки якоря зависит от ширины секции. Наибольшее значение ЭДС соответствует полному шагу, т.к. в этом случае с каждой секцией сцепляется весь основной магнитный поток.

Значение ЭДС обмотки якоря равно

где N - число эффективных проводников обмотки якоря; 2а - число параллельных ветвей, -Среднее значение ЭДС, индуктируемой в одном проводнике обмотки якоря.

Подставив в выражение для Eа, получим

или где

 

 

Магнитная цепь машин постоянного тока.

Магнитная цепь машины предназначена для создания и распределения магнитного поля в воздушном зазоре и состоит из главных полюсов, сердечника якоря, воздушного зазора между полюсами и якорем и ярма (станины). В зависимости от числа главных полюсов магнитная система может быть двух-, четырех-, шестиполюсной и т.д. Распределение магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре характеризуется кривой В (α), где α – дуга окружности якоря. Почти постоянное значение индукции В в воздушном зазоре необходимо для получения примерно постоянной ЭДС в проводниках, находящихся под полюсом, и оно обеспечивается специальной формой полюсных наконечников.

Линии симметрии m, n, делящие пространство между полюсами пополам, называются геометрическими нейтральными линиями, а линии, проходящие через точки, где В = 0, — физическими нейтральными линиями (в данном случае геометрическая и физическая нейтральные линии совпадают). Дуга между соседними нейтральными линиями называется полюсным делением. Она обозначается буквой τ и может выражаться в метрах, градусах, радианах, числе пазов и в других удобных для расчета единицах.

Основы расчёта магнитной цепи.

В основе расчета магнитной цепи лежат два закона:

1. закон непрерывности линий магнитной индукции

Или при охвате поверхностью S нескольких сечений магнитопровода

Этот закон аналогичен первому закону Кирхгофа для электрической цепи;

2. закон полного тока

Этот закон аналогичен второму закону Кирхгофа, так как интеграл по контуру l можно представить в виде суммы криволинейных интегралов на участках цепи, например от точки а к точке b, каждый из которых можно по аналогии с электрической цепью назвать магнитным напряжением

Энергетическая диаграмма

Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения изображена на рисунке 1. Первичная мощность P ₁ является электрической и потребляется из питающей сети. За счет этой мощности покрываются потери на возбуждения p _в и электрические потери p _эла = I _а² × R _а в цепи якоря, а оставшаяся часть составляет электромагнитную мощность якоря P _эм = E _а × I _а, которая превращается в механическую мощность P _мх. Потери магнитные p _мг, добавочные p _д, и механические p _мх покрываются за счет механической мощности, а остальная часть этой мощности представляет собой полезную механическую мощность P ₂ на валу.

Аналогичные энергетические диаграммы, иллюстрирующие преобразование энергии в двигателе, можно построить и для других типов двигателей.

 

9.Характеристика холостого хода генератора постоянного тока

Характеристика холостого хода (х. х. х.) U = f (i _в) при I = 0 и n = const определяет зависимость напряжения или электродвижущей силы (э. д. с.) якоря E _а от тока возбуждения при холостом ходе (I = 0, P ₂ = 0). Характеристика снимается экспериментально по схеме рисунка 1, а при отключенном рубильнике.

Рисунок 1. Схемы генераторов и двигателей независимого (а), параллельного (б), последовательного (в), смешанного (г) возбуждения (сплошные стрелки – направления токов в режиме генератора, штриховые – в режиме двигателя)

Рисунок 2. Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения

Снятие характеристики целесообразно начинать с максимального значения тока возбуждения и максимального напряжения U = (1,15 – 1,25) U _н (точка а кривой на рисунке 2). При уменьшении i _внапряжение уменьшается по нисходящей ветви аб характеристики сначала медленно ввиду насыщения магнитной цепи, а затем быстрее. При i _в = 0 генератор развивает некоторое напряжение U ₀₀ = Об (рисунок 2), обычно равное 2 – 3% от U _н, вследствие остаточной намагниченности полюсов и ярма индуктора. Если затем изменить полярность возбуждения и увеличить i _в в обратном направлении, начиная с i _в = 0, то при некотором i _в < 0 напряжение упадет до нуля (точка в, рисунок 2), а затем U изменит знак и будет возрастать по абсолютной величине по ветви вг х. х. х. Когда ток i _в и напряжение U достигнут в точке г такого же абсолютного значения, как и в точке а, ток i _в уменьшаем до нуля (точка д), меняем его полярность и снова увеличиваем, начиная с i _в = 0. При этом U меняется по ветви деа х. х. х. В итоге вернемся в точку а характеристики. Х. х. х. имеет вид неширокой гистерезисной петли вследствие явлениягистерезиса в магнитной цепи индуктора.

При снятии х. х. х. ток i _в необходимо менять только в направлении, указанном на рисунке 2 стрелками, так как в противном случае точки не будут ложиться на данную гистерезисную петлю, а будут рассеиваться.

Средняя штриховая х. х. х. на рисунке 2 представляет собой расчетную х. х. х., которая в определенном масштабе повторяет магнитную характеристику генератора, и по ней можно определить коэффициент насыщения машины k _μ.

Характеристика холостого хода позволяет судить о насыщении магнитной цепи машины при номинальном напряжении, проверять соответствие расчетных данных экспериментальным и составляет основу для исследования эксплуатационных свойств машины.

10.нагрузачная характеристика генератора постоянного тока

Нагрузочная характеристика U = f (i _в) при I = const и n = const (кривая 2 на рисунке 9) по виду схожа с х. х. х. (кривая 1 на рисунке 9) и проходит несколько ниже х. х. х. вследствие падения напряжения в цепи якоря и влияния реакции якоря. Х. х. х. представляет собой предельный случай нагрузочной характеристики, когда I = 0. Обычно нагрузочную характеристику снимают при I = I _н.

Поясним, как с помощью характеристик 1 и 2 рисунка 9 можно построить характеристический треугольник. Пусть 0а соответствует значению U, для которого желательно построить треугольник (например, U = U _н). Тогда проведем горизонтальную линию аб и от точки б на нагрузочной характеристике отложим вверх отрезок бв = I × R _а, где I – ток, при котором снята нагрузочная характеристика. Проведя из точки в горизонтальный отрезок прямой до пересечения в точке г с х. х. х., получим горизонтальный катет гв искомого треугольника гвб. Доказательство справедливости такого построения можно развивать по аналогии с доказательством построения внешней характеристики (смотрите рисунок 6).

Рисунок 9. Нагрузочная характеристика генератора независимого возбуждения

Если построенный таким или другим способом характеристический треугольник передвигать на рисунке 9 параллельно самому себе так, чтобы его вершина г скользила по х. х. х., то его вершина б очертит нагрузочную характеристику (штриховая кривая на рисунке 9). Эта характеристика несколько разойдется с опытной характеристикой 2, так как размер катета гв будет меняться вследствие изменений условий насыщения.

Точка д на рисунке 9 соответствует короткому замыканию генератора.

Все характеристики генераторов можно изобразить как в абсолютных величинах, так и в относительных единицах. В последнем случае характеристики однотипных машин, хотя бы и разной мощности, построенные в относительных единицах, мало отличаются друг от друга.

 

Прямой пуск

При n = 0 также E _а = 0 и, согласно выражению (5), в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока"

I а = U а / R а.

(1)

В нормальных машинах R _а = 0,02 – 0,1, и поэтому при прямом пуске с U = U _н ток якоря недопустимо велик:

I _а = (5 – 10) I _н.

Вследствие этого прямой пуск применяется только для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, у которых R _а относительно велико и поэтому при пуске I _а ≤ (4 – 6) I _н, а процесс пуска длится не более 1 – 2 с.

ЭДС обмотки якоря в машине постоянного тока.

При выводе формулы ЭДС будем исходить из прямоугольного расположения индукции в зазоре, при этом магнитная индукция на участке расчетной полюсной дуги b_i=α_iτ равна B_δ, а за ее пределами равна 0 и в проводниках, расположенных за пределами bi, ЭДС не наводится. Это эквивалентно уменьшению общего числа пазовых проводников в обмотке якоря до значения N_i=α_iN.

При вращении якоря машины в направлении по часовой стрелке в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, направление которой может быть определено по правилу правой руки. Значение индуктируемой в проводнике ЭДС , где В - магнитная индукция; / - активная длина проводника; v – линейная скорость перемещения проводника. Полная ЭДС якоря рассматриваемой машины равна . ЭДС Eg является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках меняется. Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в обмотке возникает переменный ток, а во внешней цепи - постоянный. Это объясняется тем, что под верхней щеткой всегда находится пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой - пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными. Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток внешней цепи.

Значение ЭДС обмотки якоря зависит от ширины секции. Наибольшее значение ЭДС соответствует полному шагу, т.к. в этом случае с каждой секцией сцепляется весь основной магнитный поток.

Значение ЭДС обмотки якоря равно

где N - число эффективных проводников обмотки якоря; 2а - число параллельных ветвей, -Среднее значение ЭДС, индуктируемой в одном проводнике обмотки якоря.

Подставив в выражение для Eа, получим

или где