- •В.М.Безрученко Електричні машини
- •Історія розвитку і роль електричних машин в електрифікації народного господарства.
- •В.2. Перетворення енергії в електричних машинах. Найпростіший генератор змінного струму.
- •В.3. Випрямлення змінного струму в постійний за допомогою колектора. Найпростіший генератор постійного струму.
- •В.5.Елеістромагнітні співвідношення при енергоперетворенні
- •В.6 Класифікація електричних машин і їх номінальні величини
- •В.7. Матеріали, що застосовуються в електромашинобудуванні
- •Розділ 1 машини постійного струму Частина 1. Принцип дії і будова машини постійного струму.
- •1.1 Принцип, дії. Машини постійного струму. Електричні градуси.
- •1.2. Будова машини постійного струму
- •2.1.Основний магнітний потік і потік розсіювання. Індукція у повітряному проміжку.
- •2.2 Ділянки магнітного кола. Принцип визначення основної мрс.
- •2.3 Магнітна характеристика і коефіцієнт насичення
- •3.1 Будова обмоток
- •3.2 Проста петлева обмотка
- •3.3 Проста хвилева обмотка
- •3.4. Складні обмотки
- •3.5.Умови симетрії обмоток.
- •3.6.Зрівнювальні з’єднання.
- •3.7 Ерс і електромагнітний момент
- •3.8 Співставлення обмоток різних типів
- •Часина 4. Реакція якоря машини постійного струму Магнітне поле машини при навантаженні. Поперечна та повздовжня реакції якоря.
- •4.2 Лінійне навантаження та мрс якоря
- •4.3 Спотворююча і розмагнічуюча дія поперечної реакції якоря
- •4.4 Напруга між колекторними пластинами, їх кількість і діаметр колектора
- •4.5 Заходи по боротьбі зі спотворюючою дією поперечної реакції якоря
- •Частина 5. Комутація
- •5.1 Іскріння на колекторі
- •5.2 Процес комутації і ерс в комутованій секції
- •5.3 Прямолінійна комутація
- •5.4 Сповільнена і прискорена комутація
- •5.5 Реактивна ерс і способи її зменшення
- •5.6 Комутаційна ерс і додаткові полюси
- •5.7 Зона комутації
- •5.8 Коловий вогонь і причини його виникнення
- •5.9 Експериментальна перевірка і налагодження додаткових полюсів
- •Частина 6. Генератори постійного струму
- •6.1. Способи збудження машин постійного струму
- •6.2 Генератор незалежного збудження
- •6.3 Умови самозбудження генератора
- •6.4. Генератор паралельного збудження
- •6.5 Генератор послідовного збудження
- •6.6 Генератор змішаного збудження
- •6.7. Паралельна робота генераторів
- •6.8. Тахогенератори
- •Частина 7. Двигуни постійного стуму
- •7.1 Основні поняття і рівняння
- •7.2 Запуск двигунів в хід
- •7.3 Двигун паралельного збудження
- •7.4. Двигун незалежного збудження
- •7.5 Двигун послідовного збудження.
- •7.6 Двигун змішаного збудження
- •7.7. Регулювання частоти обертання
- •7.8. Електричне гальмування двигунів постійного струму
- •Трансформатори Частина 8. Робочий процес трансформатора
- •8.1 Призначення області використання трансформаторів
- •8.2. Принцип дії трансформатора
- •8.3.Будова трансформаторів
- •8.4.Рівняння ерс трансформатора
- •8.5. Рівняння мрс трансформатора
- •8.6. Приведеним трансформатор
- •8.7. Схема заміщення приведеного трансформатора
- •8.8. Режим холостого ходу трансформатора
- •8.9. Режим короткого замиканим трансформатора
- •8.10. Режим навантажений трансформатора
- •8.11. Зміна напруги і зовнішня характеристика трансформатора
- •9.1. Призначення і принцип виконання трифазного трансформатора
- •9.2. Групи з'єднань трифазних трансформаторів
- •9.3.Паралельна робота трансформаторів
- •9.4. Автотрансформатор
- •9.5. Зварювальний трансформатор
- •9.6. Вимірювальні трансформатори
- •Розділ третій електричні машини змінного струму Частина 10. Загальні питання теорії машин змінного струму.
- •10.1. Принцип виконаний обмоток статора
- •10.2. Створення магнітного поля, що обертається
- •11.1. Принцип дії асинхронного двигуна. Ковзання
- •11.2. Будова асинхронних машин
- •11.2. Режими роботи асинхронних машин
- •11.4. Основні рівняння заміщення асинхронного двигуна
- •11.5. Робочий процес і енергетична діаграма асинхронного двигуна
- •11.6. Обертальний момент асинхронного двигуна
- •11.7. Механічна характеристика асинхронної машини
- •11.8. Запуск в хід асинхронних двигунів
- •11.9. Короткозамкнені асинхронні двигуни з підвищеним пусковим моментом
- •11.10. Регулювання частоти обертання асинхронних двигунів
- •11.11. Однофазні асинхронні двигуни
- •11.12. Конденсаторні (двофазні) асинхронні двигуни
- •11.13. Сельсини
- •11.14 Асинхронні тахогенератори
- •Частина 12. Синхронні машини.
- •12.1. Принцип дії синхронних машин
- •12.2. Конструктивні типи і будова синхронних машин.
- •12.5. Реакція якоря синхронного генератора
- •12.4. Ерс синхронного генератора
- •12.5. Характеристики і зміна напруги синхронного генератора
- •12.6. Потужність і електромагнітний момент синхронної маншини
- •12.7. Синхронні двигуни.
- •Розділ четвертий навантажувальна здатність і техніко-єкономічні показники електричних машин Частина 13. Втрати енергії і ккд електричних машин і трансформаторів
- •13.1 Класифікація втрат
- •13.2. Ккд і його визначення
- •Частина14. Нагрів і охолодження електричних машин і трансформаторів
- •14.1. Перегрів і його визначення
- •14.2. Нагрівання і охолодження твердого тіла
- •14.3. Нагрівання машин при різних номінальних режимах роботи
- •14.4. Охолодження машин і трансформаторів
- •15.1. Електрична стала.
- •15.2. Вилив частоти на розміри трансформаторів
- •15.3. Техніко-економічні показники тягових двигунів
- •15.3.Вибір електродвигуна в залежності від умов його роботи
Частина 7. Двигуни постійного стуму
7.1 Основні поняття і рівняння
Властивості двигунів. Як видно з п В.4, будь-яка електрична машина енергетично зворотна, тобто може як в режимі генератора, так і в режимі двигуна, рівняннями рівноваги напруг і моментів якого є вирази (В.14) і (В.15). Всі властивості двигуна можуть бути вивчені за допомогою трьох основних величин, пов'язаних такими виразами:
а) підведена напруга (зрівноважується проти-ЕРС в якорі і внутрішнім падінням напруги)
(7.1)
де - сума опорів якоря, додаткових полюсів » компенсаційної обмотки;
б) проти-ЕРС Е, що виникає в якорі, (в подальшому будемо називати її просто ЕРС; за законом Ленца вона напрямлена проти струму якоря)
(7.2)
в) електромагнітний обертальний момент
(7.3)
Індекс "ем" при літері М тут і дальше для простоти усунений. Звідси видно, що зміна напряму обертального моменту (реверсування двигуна) можна шляхом зміни напряму струму магнітного потоку. Практично це виконують перемиканням виводів обмотки якоря або полюсів. Але не одночасно!
(7.4)
Різниця у значеннях і невелика; звичайно, причому більша величина відноситься до машини більшої потужності.
Підставивши (7.2) у рівняння (7.1), розв'яжемо його відносно частоти обертання; тоді
(7.5)
Робота і властивості двигунів, які визначаються цими виразами, залежать від способу його збудження. Так, машини незалежного і паралельного збуджень, які підключені до мережі з постійною напругою , можуть переходити з генераторного режиму в режим двигуна і навпаки.
Дійсно, як випливає з виразу (7.4), якщо (збільшена частота обертанняп), то струм змінить свій напрям (знак), тобто машина, перейде в режим генератора При цьому електромагнітний момент, згідно (7.3) протилежний напряму обертання, тобто стане гальмівним. Таким чином, змінюючи значенняЕ (більше чи менше), машину незалежного чи паралельного збудження можна переводити відповідно в режим двигуна, або генератора.
Про машину послідовного збудження буде сказано далі.
Рівновага моментів і потужностей.Взаємо-зворотне перетворення електричної і механічної енергії, згідно закону збереження енергій, не може здійснюватися без втрат останньої. Втрати енергії, виділяються машині у вигляді теплоти і являють собою різницю, між підведеною до двигуна електричною і механічною енергією, що віддається ним їх співвідношення визначає коефіцієнт корисної дії (ККД).
При встановленому режимі роботи на ваш двигуна діють такі елементи: 1) обертальний електромагнітний момент М; 2) момент холостого ходу; 3) корисний момент.
Момент М0 існує при будь-якому режимі роботи і визначається тертям в підшипниках, щіток до колектора, частий, що обертаються в повітрі, а також втратами в сталі. В порівнянні з номінальним корисним моментом величина, дуже мала.
Сума моментів холостого ходу і корисного має назву статичногомоменту . Значить, при встановленому режимі роботи обертальний момент двигуна і статичний момент опору на його валі знаходяться у взаємній рівновазі:
(7.6)
Якщо до двигуна підведена повна потужність то створюються втрати в якірному колі (втратами в паралельній обмотці збудження, через їх незначну величину, нехтуємо); тоді з урахуванням виразу (7.1)
(7.7)
але [див. вираз (В.18)].
Відомо,що потужність - це добуток моменту на кутову швидкість . Тому,помноживши всі члени рівняння (7.6) на Ω отримаємо
або
Звідси корисна механічна потужність на валу двигуна
(7.8)
тобто корисна механічна потужність менша електромагнітної (потужності, якоря) на величину , необхідну для перекриття втрат на тертя і в сталі.
Позначивши потужність втрат в якірному коліі прийнявши до уваги рівняння (7.7) і (7.8), запишемо новий баланс потужностей
(7.9)
тобто корисна потужність двигуна дорівнює підведеній за виключенням потужності електричних втрат на тертя і в сталі.
Вираз (7.7) може бути записаний у такому вигляді:
звідки
(7.10)
або
(7.10а)
Аналіз виразів (7.10) і (7.10а) дозволяє зробити дуже важливі висновки, а. саме: зі збільшенням навантаження на вал двигуна, тобто зі збільшенням електромагнітного моменту зростає потужність в колі якоря , тобто підведена потужність. Але так як напруга,то збільшення навантаження двигуна супроводжується зростанням струмуІя.Це зростання струму, тобто збільшення підведеної електричної енергії, здійснюється автоматично,без будь-якого впливу ззовні.Електричний двигун сам "регулює" споживання з мережі такого струму, щоб зберігалася рівність (7.10) і (7.10а). Цим він принципово відрізняється від інших двигунів (парових або внутрішнього згоряння).
Основні характеристики. Властивості двигунів визначаються їх характеристиками котрі показують взаємозалежність між різними величинами, у виразах (7.1) - (7.5). Таких робочих характеристик декілька і всі вони мають одну загальну особливість, вони знімаються при незмінній, як правило, номінальній напрузі на виводах двигуна, тобто підведена напруга, струм збудження при цьому також є незмінним: і номінальним, тобто.
Згідно ГОСТ 2582-81, основними робочими характеристиками електричних двигунів є:
а) залежність частоти обертання від струму якоря - швидкісна характеристика;
б) залежність обертального моментувід струму якоря – момент на характеристика;
в) залежність між обертальним моментом і частотою обертання - механічна характеристика;
г) залежність ККД на валу двигуна від струму якоря.
Вигляд і особливості останньої характеристики однакові для всіх електричних машин і трансформаторів, тому її аналіз поданий в п. 13.2.
Інші характеристики мають похідне значення,не є настільки визначальними і можуть бути отримані з названих чотирьох.
На практиці дуже важливо вміти обертальний момент двигуна . Якщо потужність виражена у ватах, а кутова швидкість в рад/с (або частота обертання в об/с), то момент виразиться в ньютон-метрах (Н-м):
(7.11)
Частоту обертання виражають в об/хв,тоді
(7.11а)