Электрические машины – электромеханические преобразователи энергии 01 14

Электрические машины – электромеханические преобразователи энергии

Рис. 1. К понятиям об «элементарном генерато ре» (а) и «элементарном двигателе» (б) Рис.

)1(, l. BЕЭлектродвижущая сила (ЭДС) Электромагнитная сила )2(, Il. BF ЭМ )3(, r. IEU Падение напряжения в проводнике:

Рис. 2. Правила «правой руки» и «левой руки»

Рис. З. Обобщенная конструктивная схема электрической машины Cостоит из неподвижной части 1 , называемой статор ом, и вращающейся части 2 , называемой ротор ом. Рис.

Классификация электрических машин Рис.

Устройство машин постоянного тока Принцип действия машин постоянного тока

Рис. 5. Устройство машины постоянного тока 1 – коллектор; 2 – щетки; 3 – якорь; 4 – главный полюс; 5 – полюсная катушка; 6 – станина; 7, 12 – подшипниковые щиты; 8 — вентилятор; 9 – обмотка якоря; 10 – вал; 11 – лапы

)4( м вв R WI Ф )5(ФICM ям )6(n. ФCEЕ )7( я я R EU I Магнитный поток Ф Электромагнитный момент М ЭДС Ток в обмотке якоря )8(Rя. IEUя

Рис. 6. Схемы включения двигателей постоянного тока: а – с параллельным возбуждением; б – с последовательным; в – со смешанным

Магнитное поле машины постоянного тока Магнитная цепь машины постоянного тока

Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х. х. определяется суммой магнитных напряжений на участках магнитной цепи: )9(222ÿamzâîFFFFFFÀ Рис.

Рис. 8 Магнитное напряжение воздушного зазора (А))10(108, 0 3 k.

Реакция якоря машины постоянного тока Магнитное поле машины в этом случае симметрично относительно оси полюсов (рис. 9, а ).

Магнитное поле, созданное МДС*, будет иметь вид, представленный на рис. 9, б. *МДС — магнитная система машины

Рис. 9. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции в воздушном зазоре. Показано распределение магнитных силовых линий результирующего поля машины, работающей в генераторном режиме при вращении якоря по часовой стрелке.

Способы уменьшения вредного влияния реакции якоря Рис. 10.

Способы возбуждения машин постоянного тока Рис. 11.

Генераторы постоянного тока и их основные характеристики

Рис. 12. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока

Уравнение мощностей для генератора постоянного тока: P 1 = P 2 + P 0 + P эа + P э. в (11) Следовательно, механическая мощность, развиваемая приводным двигателем Р 1 , преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность Р 2 , передаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь (Р 0 +Р эа + Р э. в ).

Генератор независимого возбуждения Рис. 13.

Рис. 14.

Регулировочная характеристика генератора. Рис. 15. Внешняя характеристика генератора. Номинальное изменение напряжения генератора при сбросе нагрузки: %. 100 U UU U ном 0 ном Обычно для генератора независимого возбуждения U ном = 5 10%. (12)

Ге н е р а т о р параллельного возбуждения Рис. 16.

Рис. 17. Характеристика самовозбуждения

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения 1 (рис. 18) менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения. Рис. 18.

Ге н е р а т о р с м е ш а н н о г о в о з б у ж д е н и я Рис. 19.

Коллекторные двигатели Основные понятия

Рис. 20. Для двигателя, работающего с постоянной частотой вращения, U = E a +I a r (13 ) Уравнение мощности для цепи якоря: , IEr. IUIaa 2 aa (14)

. r. IMUI 2 aa(15) Анализ этого уравнения показывает, что с увеличением нагрузки на вал двигателя, т. е. с увеличением электромагнитного момента М, возрастает мощность в цепи обмотки якоря UI a , т. е. мощность на входе двигателя. Но так как напряжение, подводимое к двигателю, поддерживается неизменным (U = const), то увеличение нагрузки двигателя сопровождается ростом тока в обмотке якоря I а. В соответствии с формулой ЭДС Е а = с е Ф п частота вращения двигателя (об/мин) n = Е а /(с е Ф). (16) Подставив значение Е а из (29. 1), получим (об/мин) , Фc r. IU n e a (17) т. е. частота вращения двигателя прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна магнитному потоку возбуждения.

П у с к д в и г а т е л я Пусковой ток I’ a =U/ r. (18) Рис. 21. (19). rr EU I р. п a п Пусковой ток якоря при полном сопротивлении пускового реостата

Д в и г а т е л ь п а р а л л е л ь н о г о в о з б у ж д е н и я Рис. 22. , 100 n nn n ном 0 ном (20)Номинальное изменение частоты вращения: Обычно для двигателей параллельного возбуждения n ном = 2 8%

Для получения аналитического выражения механической характеристики n = (M) преобразуем выражение (29. 5): ; Фc r. I Фc U Фc r. IU n e a ee a (21) , nn Фcc r. M Фc U n 02 мee (22) Ниже представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения:

Рис. 23. Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения: а – при введении в цепь якоря добавочного сопротивления; б – при изменении основного магнитного потока; в – при изменении напряжения в цепи якоря

Двигатель последовательного возбуждения. Ic. IIkc. M 2 a ‘ Maa. ФM Электромагнитный момент: Формула частоты вращения. Ic r. IU Ikc r. IU n a ‘ e a a. Фe a (24) (23)

Рис. 24. Двигатель последовательного возбуждения: а – принципиальная схема; б – рабочие характеристики; в – механические характеристики; 1 – естественная характеристика; 2 – искусственная характеристика Номинальное изменение частоты вращения двигателя последовательного возбуждения %, 100 n nn n ном 25, 0 ном (25)

Рис. 25. Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения

Рис. 26.

Рис. 26. Д в и г а т е л ь с м е ш а н н о г о в о з б у ж д е н и я Частота вращения этого двигателя , ФФc r. IU n 21 e a (26)

Мощность (Вт) на выходе машины (полезная мощность): для генератора (электрическая мощность); UIPген 2 (27) для двигателя (механическая мощность). n. M 105, 0 P 2 д в 2 (28) Коэффициент полезного действия. . P/P 12 Определив суммарную мощность вышеперечисленных потерь можно подсчитать КПД машины по одной из следующих формул: для генератора ; PUI P 1 PUI UI P P 1 2 г (31) для двигателя. UI P 1 UI P P 1 2 д в (32) , PPPPPPPдэщэав. эмехм (30)(29)

Рис. 28.