Электромагнитная мощность генератора

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 38Следующая ⇒

Р_эл.м. = EI_я = EI

Учитывая обратимость машин и используя тот же второй закон Кирхгофа для цепи обмотки якоря эл.двигателя можно записать

U = E + I_яr_я + R_пр (1.6)

Откуда

I_я = (U – E)/(r_я + R_пр) (1.7)

При R_пр = 0, что соответствует работе двигателя при номинальной частоте вращения

U = E + I_яr_я (1.8)

I_я = (U – E)/r_я (1.9)

Уравнение (1.8) принято называть уравнением равновесия напряжений двигателя, которое показывает, что напряжение сети U, подведенное к двигателю, всегда уравновешивается напряжением на обмотке якоря: E + I_яr_я

Подставив в формулу (1.6) значение E = C_enФ, получим:

U = C_enФ + I_я (r_я + R_пр)

Откуда частота вращения двигателя

Электромагнитная мощность эл. двигателя

Рэл.м = Eiя

Вращающий момент двигателя М_вр = Р_эл.м/ω

Где ω – угловая скорость ротора двигателя = 2πn/60

Произведя подстановки и преобразования получим уравнение равновесия моментов

М_вр = C_мI_яФ = М_con_{ротивления}

Где С_м = 9.55 С_е

Реакция якоря

При работе машины в режиме идеального холостого хода, т. е. при отсутствии тока в обмотке якоря, в воздушном зазоре существует только магнитное поле, создаваемое МДС обмотки возбуждения, которое принято называть основным полем. Линии магнитной индукции этого поля для двухполюсной машины (рис. 1.11) на всех участках магнитной цепи от северного до южного полюсов (в том числе в воздушном зазоре) являются параллельными прямыми. Поэтому поток магнитной индукции данного поля можно представить вектором Ф₀.

При работе машины с нагрузкой по обмотке якоря течет ток. Вокруг проводников обмотки создается собственное магнитное поле. Естественно, что основное магнитное поле машины и поле обмотки якоря, взаимодействуя, образуют в воздушном зазоре машины результирующее магнитное поле.

Воздействие МДС поля обмотки якоря на МДС основного поля машины называют реакцией якоря.

При принятом на рис. 1.11. направлении вращения ротора в случае работы машины, например, генератором во всех проводах, находящихся в данный момент выше нейтральной линии, направление тока будет «от нас», в проводах, находящихся ниже нейтральной линии, направление тока будет «к нам» (согласно правилу правой руки). При этом линии магнитной индукции проводов обмотки якоря образуют поле катушки, ось которой совпадает с нейтральной линией машины. Поток магнитной индукции этого поля можно представить вектором Фя. Щетки машины в таких случаях принято условно изображать в контакте с проводами, которые образуют закороченные витки, находящиеся в плоскости нейтрали машины, т. е. щетки условно принимают расположенными на нейтральной линии.

Вектор Фя направлен перпендикулярно вектору Ф₀, т. е. поток обмотки якоря по отношению к основному потоку является поперечным. Реакция якоря при этом называется поперечной. Взаимодействие основного поля и поля реакции заставляет машину работать в режиме двигателя или генератора. В этом заключается положительное качество взаимодействия полей. Но оно имеет и отрицательные качества, основными из которых являются: искажение поля в воздушном зазоре машины, смещение нейтрали и ухудшение коммутации тока обмотки якоря.

Рис 1.11. Основное магнитное поле и поле обмотки якоря двухполюсной машины постоянного тока.

Из рис. 1.11. видно, что под краями 1 и 3 магнитных полюсов линии магнитной индукции основного поля и поля реакции якоря направлены навстречу друг другу, вследствие чего результирующее поле в этих частях воздушного зазора уменьшается. Под краями 2 и 4 полюсов направления линий обоих полей совпадают, вследствие чего результирующее поле в этих частях воздушного зазора увеличивается. Края 1 и 3 полюсов в практике часто называют по отношению к направлению вращения ротора набегающими краями применительно к генераторам или сбегающими краями применительно к двигателям. Края 2 и 4 полюсов называют сбегающими краями у генераторов или набегающими краями у двигателей.

При холостом ходе машины распределение магнитной индукции основного поля в воздушном зазоре соответствует кривой ОП (рис. 1.12.).

Линии магнитной индукции реакции якоря Р_я располагаются симметрично относительно оси главных полюсов, поэтому в точках 1 и 1' магнитная индукция реакции якоря равна нулю. По мере удаления от этих точек вправо и влево магнитная индукция Р_я будет возрастать, в связи с тем что охватывается все большее количество проводов и увеличивается МДС реакции якоря. Вправо от осей полюсов направление линий основного поля совпадает с линиями поля реакции якоря. Поэтому магнитная индукция реакции якоря здесь совпадает с направлением индукции основного поля (отрезки 1—2 и 1'—2'). Влево от осей полюсов направление линий основного поля и реакции якоря встречное.

Рис. 1.12. Магнитная индукция в воздушном зазоре

Поэтому магнитная индукция реакции якоря здесь должна приниматься отрицательной по отношению к индукции основного поля (отрезки 1—3, 1'—3')- Закон изменения магнитной индукции реакции якоря при этом может быть принят линейным (т. е. с равномерным нарастанием от центра к краям полюсов), поскольку величина воздушного зазора под полюсами одинакова, а провода обмотки якоря равномерно распределены по поверхности ротора. В промежутках между полюсами машины величина воздушного зазора увеличивается, поэтому магнитная индукция реакции якоря в этих местах уменьшается (отрезки 2—3' и 2'—3), но не до нулевых значений. Поэтому оказывается, что на нейтральной линии индукция при нагрузке машины не равна нулю, как это было при холостом ходе машины.

Рис 1.15. Реакция якоря

Если машина работает в режиме двигателя, то при направлении магнитного потока полюсов и тока в обмотке якоря, показанном на рис. 1.15, якорь двигателя должен вращаться против движения часовой стрелки, т. е. против движения якоря генератора.

Следовательно, у двигателей реакция якоря вызывает отклонение физической нейтрали не по направлению движения якоря, как у генератора, а против движения якоря.

Реакция якоря у двигателей приводит к уменьшению вращающего момента и появлению искрения между щетками и коллектором.

Для устранения искрения в машине, работающей генератором, нужно сдвинуть щетки по направлению вращения якоря на угол а. Тогда они будут замыкать накоротко секции, проходящие плоскость физической нейтрали, в которых э. д. с. отсутствует.

Если машина работает двигателем, то щетки нужно сдвинуть на угол а против направления вращения якоря.

При увеличении нагрузки на машину ток в обмотке якоря и магнитный поток якоря, а значит и реакция якоря, возрастают и, наоборот, при уменьшении нагрузки — уменьшаются. Следовательно, реакция якоря при изменении нагрузки на машину тоже изменяется и для устранения искрения нужно каждый раз при изменении нагрузки менять положение щеток на коллекторе. Так как практически менять каждый раз положение щеток на коллекторе невозможно, то щетки устанавливают в определенное положение, которое соответствует номинальной нагрузке на машину. При нагрузке, отличной от номинальной между щетками и коллектором возникает искрение, поэтому указанный способ применяется только в машинах малой мощности.

Более действенным способом устранения искрения, возникающего в результате реакции якоря, является применение дополнительных полюсов, которые располагаются между основными полюсами так, чтобы их магнитный поток был направлен против магнитного потока якоря и, следовательно, компенсировал его. Для этого необходимо, чтобы у генераторов за северным основным полюсом располагался по направлению вращения якоря южный дополнительный полюс и т. д., а у двигателей, наоборот, за северным основным полюсом находился северный дополнительный полюс.

Так как величина реакции якоря с изменением нагрузки изменяется, то магнитный поток дополнительных полюсов должен тоже автоматически изменяться вместе с изменением нагрузки машины. Поэтому обмотка возбуждения дополнительных полюсов включается последовательно с об моткой якоря. Тогда при увеличении нагрузки происходит возрастание как магнитного потока якоря, так и магнитного потока дополнительных полюсов, а так как эти потоки направлены друг против друга, то они компенсируются.

Размагничивающее действие реакции якоря обычно устраняется увеличением магнитного потока основных полюсов, что достигается увеличением тока в обмотках возбуждения основных полюсов или увеличением числа витков обмоток возбуждения.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 729; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!