Электромагнитный момент машины постоянного тока

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

  • Машина постоянного тока

    Исследования модели машины в Simulink Модель машины постоянного тока находится в библиотеке SimPower Systems в разделе Machines. Изображение моделей машины при работе в различных конфигурациях представлено на рис. 1.1, а их модели в SimPowerSystems в файле Figl_()l (Matlab…
    (КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В SIMULINK)

  • Исследования модели машины в Simulink Модель машины постоянного тока находится в библиотеке SimPower Systems в разделе Machines. Изображение моделей машины при работе в различных конфигурациях представлено на рис. 1.1, а их модели в SimPowerSystems в файле Figl_01 (Matlab…
    (КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В SIMULINK)
  • Машины постоянного тока

    Устройство и общие вопросы функционирования Рассмотрим принципы функционирования генератора и двигателя постоянного тока, закладываемые в их конструкцию. Генератор. Пусть токопроводящая проволочная рамка, показанная на рис. 3.9, а, вращается внешним двигателем по часовой стрелке в постоянном…
    (ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ)

  • Электрические машины постоянного тока

    Общие сведения об электрических машинах постоянного тока В современной электроэнергетике используется преимущественно переменный ток, но достаточно широко применяется и постоянный. Это объясняется теми достоинствами постоянного тока, которые сделали его незаменимым при решении многих практических…
    (ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ)

  • Общие сведения об электрических машинах постоянного тока

    В современной электроэнергетике используется преимущественно переменный ток, но достаточно широко применяется и постоянный. Это объясняется теми достоинствами постоянного тока, которые сделали его незаменимым при решении многих практических задач. Так, среди электрических машин двигатели постоянного…
    (ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ)

  • Устройство и работа электрических машин постоянного тока

    Электрическая машина постоянного тока имеет специфическую конструкцию. Её устройство показано на рис. 21. Неподвижная часть (статор) содержит главные полюса 5 с катушками возбуждения 7, образующие систему возбуждения машины. Главные Рис. 21. Устройство машины постоянного тока: 1 — коллектор; 2…
    (ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ)

  • Преимущества и недостатки электрических машин постоянного тока

    Машины постоянного тока чаще используются в качестве двигателей, так как они обладают следующими преимуществами: — высоким пусковым моментом; — возможностью широко регулировать скорость; — легко реверсируются; — имеют практически линейные регулировочные характеристики; — экономичны. Эти достоинства часто…
    (ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ)

  • МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

    Процессы преобразования энергии в машинах постоянного тока Электрические машины по типу питания делятся на машины переменного и постоянного тока. Машины постоянного тока подключаются к сети постоянного тока. В автономных системах машина постоянного тока является источником постоянного тока в генераторном…
    (ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ)

  • Процессы преобразования энергии в машинах постоянного тока

    Электрические машины по типу питания делятся на машины переменного и постоянного тока. Машины постоянного тока подключаются к сети постоянного тока. В автономных системах машина постоянного тока является источником постоянного тока в генераторном режиме, а в режиме двигателя потребляет энергию от источника…
    (ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ)

Э.д.с. и электромагнитный момент машины постоянного тока

Процесс индуктирования э.д.с. в обмотке якоря.Рассмотрим процесс индуктирования э.д. с. в обмотке якоря, проводники которой для простоты будем считать равномерно распределенными вдоль окружности якоря (рис. 2.11, а). При вращении якоря в проводниках, лежащих под полюсами N и S, индуктируются э. д. с. противоположного направления. Проводники, в которых индуктируются эти э. д. с, расположены по обе стороны от геометрической нейтрали 0–0-оси симметрии, разделяющей полюсы. На рис. 2.11, б показана электрическая схема обмотки якоря с коллектором. Она выполнена в виде многофазной обмотки, состоящей из большого числа витков, подключенных к пластинам коллектора, так чтобы между каждой парой смежных коллекторных пластин был включен один или несколько витков.

Рис. 2.10 – Щетки машин малой (а) и большой (б) мощности:

1 – щетка, 2 – щеточный канатик, 3 – кабельный наконечник

На коллектор накладываются щетки А иВ, посредством которых вращающаяся обмотка якоря соединяется с внешней цепью. При вращении якоря между щетками А иВ действует постоянная по величине э.д. с. Е, равная сумме э. д. с, индуктированных во всех последовательно соединенных витках обмотки якоря, которые включены между щетками. Чтобы подать от обмотки якоря во внешнюю цепь максимальное напряжение, ее нужно присоединить к двум точкам обмотки якоря, между которыми действует наибольшая разность потенциалов. Такими точками при холостом ходе машины являются точки а и b (рис. 2.11, б), расположенные на геометрической нейтрали, где и следует устанавливать щетки А и В.

Рис. 2.11 – Якорь машины постоянного тока (а), упрощенная схема его обмотки (б) и векторная диаграмма индуктируемых в ней э. д. с (в):

1 – обмотка якоря, 2 – коллектор

При вращении якоря точки а и b смещаются с геометрической нейтрали, но к щеткам будут подходить все новые и новые точки обмотки, между которыми действует э.д. с. Е, поэтому э.д. с. во внешней цепи будет неизменна по величине и направлению. Уменьшения пульсаций э. д. с. Е при переходе щеток с одной коллекторной пластины на другую добиваются установкой большого числа коллекторных пластин; число коллекторных пластин, приходящихся на одну параллельную ветвь обмотки якоря, должно быть не менее восьми.

Если заменить несинусоидальную э.д. с, индуктируемую в витках обмотки якоря, эквивалентной синусоидальной э.д. с, то действующая между щетками А и В э.д.с. Е может быть получена из векторной диаграммы (рис. 2.11, в). Из нее следует, что при достаточно большом числе секций обмотки якоря э. д. с. Ė будет практически неизменна во времени и равна диаметру окружности, описанной вокруг многоугольника э.д. с. ė1, ė2, ė3и т.д., индуктированных в отдельных витках этой обмотки.

Щетки А и В разделяют рассматриваемую обмотку на две параллельные ветви, в каждой из которых действует э.д. с. Е. При разомкнутой внешней цепи ток по обмотке не проходит, так как э.д.с, индуктированные в двух ее ветвях, направлены встречно и взаимно компенсируются. Полная компенсация будет, очевидно, иметь место при строго симметричном выполнении обмотки и равенстве магнитных потоков полюсов; условие симметрии в случае двухполюсной обмотки сводится к равномерному распределению проводников на внешней поверхности якоря.

Электродвижущая сила.Мгновенное значение э.д. с, индуктируемой в каждом активном проводнике (рис. 2.12),

, (2.1)

где Вх–индукция в рассматриваемой точке х воздушного зазора; va–окружная скорость якоря; lа–длина проводника в магнитном поле.

Следовательно,

. (2.2)

Здесь N – общее числа активных проводников обмотки якоря; N/2а – число активных проводников, входящих в одну параллельную ветвь.

При достаточно большом числе коллекторных пластин можно пренебречь пульсацией э. д.с. и считать, что

, (2.3)

где Вср – среднее значение индукции на протяжении полюсного деления τ.

Учитывая также, что

Вср1аt = Ф, (2.4)

где τ = πDa/(2p) – полюсное деление;

,

Получим

, (2.5)

где се = pN/(60a) – коэффициент, определяемый конструктивными параметрами машины и не зависящий от режима ее работы.

Рис. 2.12 – Направление э д с и тока в витке обмотки якоря при его вращении относительно полюсов

Формула (2.5) дает среднее значение э.д.с. Е. В действительности величина ее колеблется (пульсирует) между двумя предельными значениями – Емакс и Емин. При вращении якоря часть витков, замыкаясь накоротко щетками, выключается из параллельных ветвей и за время поворота якоря на угол, соответствующий одной коллекторной пластине, сумма мгновенных значений э.д.с. успевает несколько измениться. Максимальное значение возникающих при этом пульсаций э.д.с. ΔЕ = 0,5 (Емакс – Емин) зависит от числа коллекторных пластин К:

К
DЕ, % 17,2 2,5 0,62 0,16

Значения ΔЕ приведены в процентах от теоретического среднего значения э.д.с. Е.

Период пульсаций равен времени поворота якоря на одну коллекторную пластину, вследствие чего их частота в K/p раз больше частоты fa, с которой изменяется э.д. с, индуктированная в проводниках обмотки якоря.

Напряжение между соседними коллекторными пластинами.Если падением напряжения в витке пренебречь, то напряжение икмежду соседними пластинами будет равно сумме э.д. с, индуктируемых во включенных между ними витках обмотки якоря. Например, для обмотки, состоящей из одновитковых секций (рис. 2.12), напряжение ик = 2е. Из (2.1) следует, что э.д. с. е пропорциональна индукции Вх в соответствующей точке воздушного зазора. Поэтому кривая распределения вдоль коллектора напряжений икмежду соседними пластинами будет подобна кривой распределения индукции Bx = f(x) в воздушном зазоре (рис. 2.13, а).

Рис. 2.13 – Кривые распределения индукции Вх и напряжения ик вдоль окружности якоря при установке щеток на геометрической нейтрали (а) и при сдвиге их с нейтрали (б)

Важной характеристикой надежности работы машины постоянного тока является так называемая потенциальная кривая, представляющая собой зависимость изменения напряжения Ux вдоль окружности коллектора. При переходе от одной коллекторной пластины к другой напряжение Uх изменяется ступенчато, но при достаточно большом числе коллекторных пластин эту зависимость можно заменить плавной кривой (рис. 2.13, а). Потенциальная кривая является интегральной по отношению к кривой магнитного поля Bx = f(x), так как площадь кривой магнитного поля пропорциональна сумме э.д. с, индуктируемых во всех витках, которые включены между щетками А и В. Наибольшее напряжение между соседними коллекторными пластинами ик.макс возникает там, где потенциальная кривая имеет наибольшую крутизну.

Как было указано выше, при холостом ходе машины значение э.д. с. Е будет максимальным при установке щеток А и В на геометрической нейтрали. Если смещать щетки с геометрической нейтрали на некоторый угол α(рис. 2.13, б), то часть окружности якоря, соответствующая углу α, будет находиться в зоне с индукцией – Вх, созданной полюсом противоположной полярности. При этом уменьшится результирующая э.д. с. Е и напряжение U между щетками А и В, так как в проводниках якоря, расположенных в

указанной зоне, индуктируются э. д. с, противоположные по направлению э. д. с. в остальных проводниках.

Электромагнитный момент. На якорь, по обмотке которого проходит ток Iа, действует электромагнитный момент

M = 0,5Fve3Da, (2.6)

где Fpeз – результирующая электромагнитная сила, возникающая при взаимодействии тока с магнитным полем.

Сила Fрезпредставляет собой сумму усилий fx, приложенных ко всем активным проводникам обмотки якоря,

При достаточно большом числе коллекторных пластин силу Fрезможно считать постоянной:

Формула ЭДС машины. При вращении обмотки якоря в магнитном поле полюсов в проводниках обмотки, как указывалось, наводится ЭДС:

Среднее значение этой ЭДС за половину периода

,

где – среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре, определяемое по кривой (рис. 1.7); – магнитный поток одного полюса; и определены ранее. ЭДС машины, как было показано, равна ЭДС одной параллельной ветви, поэтому, если обмотка якоря имеет N проводников, ее ЭДС

,

где – число параллельных ветвей.

Учитывая, что

,

где – диаметр якоря; – частота вращения якоря, об/мин; – число полюсов, получаем:

и окончательно

(1.1)

Таким образом, ЭДС обмотки якоря пропорциональна частоте вращения якоря и магнитному потоку главных полюсов машины.

Постоянная для данной машины величина называется конструктивным коэффициентом ЭДС.

Формула электромагнитного момента машины. При протекании тока по обмотке якоря сила взаимодействия тока в проводнике с магнитным полем определяется по закону Ампера выражением

Среднее значение этой силы за время прохождения проводника через зону одного полюса

,

где – ток в проводнике, равный току одной параллельной ветви.

Электромагнитный момент, создаваемый N проводниками, определяется как

,

где – ток якоря, получаем

и окончательно

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *