Как найти номинальный ток возбуждения

1. Электрические машины

Электрические машины представляют
собой электромеханические устройства,
в которых происходят преобразования
энергии. В генераторах механическая
энергия преобразуется в электрическую,
в двигателях – электрическая энергия
в механическую. Каждая электрическая
машина обладает свойством обратимости,
т.е. может работать в качестве двигателя
и генератора. По роду тока электрические
машины подразделяются на машины
переменного тока и машины постоянного
тока.

Электрические машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока
(рис.6.10) состоит из неподвижной части –
статора (1), подвижной части – якоря (2)
и щеточно-коллекторного узла (3). В
соответствии с законом электромагнитной
индукции, при вращении якоря в магнитном
поле полюсов в обмотке якоря наводятся
переменные ЭДС, т.е. ЭДС индукции наводится
в витках, движущихся в неподвижном
магнитном поле.

Статорявляется механическим
остовом машины. Станина изготавливается
из литой стали. На станине укрепляются
основные магнитные полюса, которые
служат для создания магнитного потока,
и вспомогательные — для улучшения
коммутации в машине.

Главный полюс состоит из сердечника,
укрепленного на станине болтами, и
обмотки возбуждения, т. е. представляет
собой электромагнит. Сердечник полюса
изготавливается из листовой стали и на
свободном конце снабжается полюсным
наконечником, для создания требуемого
распределения магнитного поля в воздушном
зазоре машины.

Электромагниты (полюсы) создают в машине
постоянное по величине и неподвижное
в пространстве магнитное поле.

Путь магнитных линий в генераторе
постоянного тока показан на рис.6.10.
Верхний полюс является южным, нижний —
северным. Показанная магнитная система
имеет одну пару полюсов.

Рис. 6.10. Машина
постоянного тока

Существуют и более сложные магнитные
системы, содержащие два северных и два
южных полюса. В этом случае направление
токов в обмотках возбуждения выбирается
с таким расчетом, чтобы соседние полюсы
были разноименными, т.е. чтобы рядом с
северным находился южный полюс и т.д.
Такая магнитная система имеет две пары
полюсов. Существуют машины и с большим
числом полюсов, но их число будет
непременно четным.

В современных электрических машинах
малой мощности возбуждение осуществляется
постоянными магнитами. При этом габариты
машины уменьшаются, исключаются потери
на нагрев обмотки возбуждения и возрастает
КПД. Электрические машины с постоянными
магнитами более технологичны, их
производство легко автоматизировать.

Якорьмашины постоянного тока
представляет собой стальной зубчатый
сердечник, в пазах которого расположены
витки обмотки. Эти витки соединены между
собой последовательно и образуют
замкнутую цепь.

При вращении якоря магнитный потокосцепление
будет меняться. В результате в каждом
из витков будет возникать переменная
ЭДС. Во всех витках, расположенных по
одну сторону нейтральной линии, ЭДС
будут иметь один и тот же знак. Нулевое
значение напряжения будет наступать в
одном и том же месте, а именно, на
нейтральной линии, расположенной
симметрично относительно северного и
южного полюсов.

Обмотка якоря является замкнутым
контуром, но тока в нем не возникает, т.
к. сумма мгновенных значений ЭДС всех
последовательно соединенных витков
обмотки равна нулю (машина симметрична).
Если на геометрическую нейтраль
установить неподвижные щетки и создать
скользящий контакт между щетками и
обмоткой, то обмотка будет представлять
собой две параллельные ветви, в каждой
из которой будут проводники с одинаково
направленными ЭДС. Иначе говоря, получаем
два параллельных источника ЭДС, состоящих
из группы проводников, в каждый момент
времени оказывающихся под южным и
северным полюсом соответственно. При
этом в каждой из обмоток индуктируется
переменная ЭДС, а напряжение на зажимах
машины постоянно. Если обмотку якоря
через щетки замкнуть на сопротивление
нагрузки, то в цепи возникнет ток,
складывающийся из токов ветвей.

Осуществление скользящего контакта
между щетками и обмоткой якоря возможно
при удалении изоляции на узкой полосе
наружной поверхности обмотки, когда
щетки касаются оголенных проводов. В
действительности же (в современных
конструкциях) щетки касаются медных
клинообразных пластин, собранных в
цилиндр – коллектор, установленный
на валу машины.Пластины коллектора
изолированы друг от друга и от вала и
соединяются с обмоткой якоря проводниками.
Отвод тока от коллектора осуществляется
гибким кабелем через щетки, установленные
в щеткодержателях.

Электрическая машина постоянного тока,
как и другие машины, представляют собой
два электромагнитно связанных контура,
причем намагничивающая сила (НС) одного
из этих контуров поддерживает основное
магнитное поле. Этим контуром в машине
постоянного тока является обмотка
возбуждения машины, а вторичным контуром
— обмотка якоря. Пока во вторичном контуре
нет тока, этот контур не оказывает
влияния на магнитное поле, создаваемое
первичным контуром. Но как только в
якоре появляется ток, то в магнитной
цепи машины возникает дополнительная
НС, искажающая и магнитный поток машины.
Это явление получило название реакции
якоря. Из-за реакции якоря происходит
снижение ЭДС машины, некоторое снижение
главного магнитного потока, а также
ухудшаются условия коммутации машины.
Для компенсации реакции якоря между
основными полюсами устанавливают
дополнительные полюсы, токи обмоток
которых создают магнитный поток,
противоположный магнитному потоку
якоря. Обмотки дополнительных полюсов
последовательно соединяют с обмоткой
якоря, с тем, чтобы с увеличением тока
якоря увеличивалось их компенсирующее
действие.

Потери мощности в электрических машинах
невелики и составляет 5 – 15% преобразуемой
мощности. В целях увеличения магнитного
потока и уменьшения потерь на
перемагничивание, при изготовлении
машин используют специальные сорта
стали. Машины постоянного тока
изготавливаются на мощности от долей
ватт до 12 МВт. Номинальное напряжение
их не превышает 1500 В. Частота вращения
машин колеблется в широких пределах –
от нескольких оборотов до нескольких
тысяч оборотов в минуту.

Все электрические машины постоянного
тока обратимы: могут работать в режимах
генератора и электродвигателя. Цепь
возбуждения и цепь якоря в машинах
постоянного тока по отношению к сети
могут быть включены различными способами.

По способу возбуждения генераторы
постоянного тока подразделяют на
генераторы с независимым возбуждением
и на генераторы с самовозбуждением. У
генераторов с независимым возбуждением,
например, рис.6.11,а) цепь возбуждения
питается от независимого постороннего
источника, которым может служить другая
машина постоянного тока или аккумулятор.
У генераторов с самовозбуждением цепь
возбуждения питается непосредственно
от самого генератора. Генераторы
постоянного тока с самовозбуждением
делятся в свою очередь на генераторы с
параллельным возбуждением, генераторы
с последовательным возбуждением и
генераторы со смешанным возбуждением.
Для регулирования ЭДС машины достаточно
менять ток в цепи возбуждения с помощью
регулировочного реостата, который
включается последовательно с обмоткой
возбуждения.

У генераторов с параллельным
возбуждениемрис.6.11,б) цепь возбуждения
подключается к щеткам якоря генератора
параллельно внешней цепи:

где:
– ток якоря,

– ток нагрузки,

– ток возбуждения.

У генераторов с последовательным
возбуждениемобмотка возбуждения
соединяется последовательно с цепью
якоря и с цепью внешней нагрузки.

У генераторов со смешанным возбуждениемрис.6.11 в) имеются две обмотки возбуждения:
одна включается параллельно, а другая
последовательно с внешней цепью.

ЭДС якоря машины постоянного тока
пропорциональна скорости вращения
якоря и магнитному потоку полюса машины:

где:– постоянная, зависящая от конструктивных
данных машины,

– частота вращения якоря,

– результирующий магнитный поток,

– число пар полюсов статора,

– число активных проводников обмотки
якоря,

– число пар параллельных ветвей обмотки.

Из этого выражения видно, от чего зависит
в машине постоянного тока величина ЭДС
и каким путем можно ее регулировать. В
машине, работающей в режиме генератора,
скорость вращения остается при работе
постоянной, поэтому регулирование ЭДС
генераторов осуществляется изменением
магнитного потока путем изменения тока
возбуждения. При работе машины в режиме
двигателя скорость вращения изменяется
при изменениях механической нагрузки.
Кроме того, регулирование скорости
вращения двигателей постоянного тока
производится путем изменения тока
возбуждения.

Рис.6.11. Генераторы
постоянного тока с:

а) независимым
возбуждением, б) параллельным возбуждением,
в) смешанным возбуждением.

В генераторах постоянного тока происходит
преобразование механической мощности
вращения ротора:

где:

– вращающий момент на валу ротора с
якорной обмоткой,

– частота вращения ротора.

в электрическую мощность:

где:

– ЭДС якорной обмотки,

– ток в якорной обмотке.

В нагрузке, подключаемой к якорной
обмотке через коллектор, выделяется
мощность

КПД генератора находится как:

Где
– суммарная мощность потерь.

Напряжение на выводах генератора:

,

где:

– сопротивление цепи якоря, приведенное
к рабочей температуре обмотокt=+75⁰С.

К основным характеристикам генераторов
постоянного тока относятся:

Все двигатели постоянного тока могут
быть отнесены к группе машин постоянного
тока с независимым возбуждением.
Различают двигатели с параллельным,
последовательным и смешанным возбуждением.
Пуск в ход двигателей при питании от
источника постоянного напряжения
осуществляется с помощью реостата
,
включаемого в цепь якоря, при этом
происходит ограничение пускового тока
до предельно допустимого.

В двигателях постоянного тока происходит
преобразование электрической мощности
в электромагнитную
,
а затем в механическую мощность вращения
якоря.

Вращающий (электромагнитный) момент
двигателя и частота вращения определяются
выражениями:

,

где:
.

Независимо от способа возбуждения
уравнение электрического состояния
цепи якоря имеет следующий вид:

Учитывая, что
получим уравнение частотной характеристики
двигателя.

,

К основным характеристикам двигателей
относятся: рабочие
,,,или
и механическаяприU = соnstи I_в =
соnst.

Наиболее важные режимы работы двигателей:
пуск в ход, регулирование частоты
вращения, торможение и реверсирование.

Пуск в ход двигателей при питании от
источника постоянного напряжения
осуществляется с помощью реостата R_n,
включаемого в цепь якоря (рис.6.12.). При
этом происходит ограничение пускового
тока до предельно допустимого значения.

Рис.6.12. Двигатели
постоянного тока с:

а) параллельным
возбуждением, б) последовательным
возбуждением, в) смешанным возбуждением.

Частота вращения двигателя регулируется
тремя способами:

• изменением напряжения цепи якоря,

• изменением тока возбуждения, т.е. Ф
  = f(I_в),

• введением добавочного сопротивления
  в цепь якоря.

Существует три способа электромагнитного
торможения двигателей постоянного
тока:

• рекуперативное (с возвратом энергии в
  сеть),

• динамическое,

• противовключение.

Пример.Для двигателя постоянного тока
независимого возбуждения заданы
следующие номинальные параметры:кВт;В;об/мин;%;Ом;.
Определить номинальный ток якоря, ЭДС
и вращающий момент двигателя, магнитный
поток одного полюса и электромагнитную
мощность.

Решение. Так как в паспорте на
двигателе указывается номинальная
механическая мощность,
то потребляемаякВт.Ток якоря находим (при параллельном
возбуждении) из соотношенийА.

ЭДС определяем по формуле:

;

В.

Электромагнитная мощность:

кВт.

Вращающий момент двигателя:

,

а магнитный поток:

.

Окончательно:

Вб
и.

Пример.Для двигателя параллельного возбуждения
заданы следующие номинальные параметры:В,Ом,об/мин,А.
Определить вращающий момент двигателя
при токеА
и постоянном напряженииВ.
Построить рабочую характеристикув пределах от 0 до.

Решение.Рабочую характеристикуможно рассчитать, по формуле:

.

Частота вращения также зависит от тока
якоря

.

Окончательно получаем:

.

Подставляем исходные данные, находим
расчетное уравнение:

.

График зависимости
в диапазоне изменения тока от 0 доприведен на рисунке 6.13.

Рис.6.13. График
зависимости M=f(Iя).

При заданном в условии токе
А
момент равен.

Пример.
Определить номинальный
момент на валу,
номинальные суммарные потери мощностии номинальный КПДэлектродвигателя постоянного тока типа
П62 с параллельным возбуждением при
номинальном режиме работы, если
номинальные данные, указанные на его
щитке: полезная мощность на валукВт,
напряжениеВ, частота вращенияоб/мин,
ток, потребляемый из сети,А.

Решение.Номинальный момент на валу
электродвигателя:

.

Номинальная мощность, подведенная к
электродвигателю из сети:

Вт.

Номинальные суммарные потери мощности
в электродвигателе:

кВт.

Номинальный КПД электродвигателя:

или.

Пример.Генератор параллельного возбуждения
имеет следующие данные:В,А,А
иОм.
Построить внешнюю характеристику
генератора в режимах холостого хода и
короткого замыкания.

Решение.На основании выражений:

,

можно найти исходную расчетную
зависимость, учитывая, что ЭДС является
функцией тока возбуждения
,
а ток возбуждения зависит от напряжения
генератора.
Таким образом, ток нагрузки в данном
случае определяется из соотношения:

или.

Для того чтобы воспользоваться
универсальной магнитной характеристикой,
необходимо знать, что ее аргумент и
функция находятся по соотношениям:

,.

С их помощью расчет сводится к линейным
преобразованиям

,,

где номинальное значение ЭДС:

В

и проводимость якорной цепи
Ом^-1.

В соответствии с полученными выражениями
ток якоря равен нулю при:

.

По универсальной магнитной характеристике
это соответствует значению аргумента
или напряжениюВ.

При коротком замыкании, т.е. при напряжении,
равном нулю, ток

А.

График внешней характеристики генератора
приведен на рисунке.

Рис.6.14. График
внешней характеристики генератора.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Номинальный ток — возбуждение

Cтраница 1

Номинальный ток возбуждения таких ТГ должен соответствовать максимуму ( точка т) кривой намагничивания.
 [2]

Номинальный ток возбуждения также зависит от мощности генератора. Для генераторов небольшой мощности он составляет несколько-десятков или сотен ампер, а для генераторов мощностью более 200 МВт достигает 2000 — 8000 А.
 [3]

Номинальный ток возбуждения также зависит от мощности генератора и определяется надежностью работы контактной системы.
 [4]

Номинальный ток возбуждения также зависит от мощности генератора.
 [5]

Номинальный ток возбуждения — ток возбуждения, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении.
 [6]

Номинальный ток возбуждения современных турбогенераторов находится в пределах 500 — 4000 а для машин с газовым охлаждением, причем наибольшие токи соответствуют наиболее крупным машинам.
 [7]

Номинальный ток возбуждения шунтовой машины составляет 1 — 5 % от номинального тока якоря, причем меньшая цифра относится к мощным машинам.
 [8]

Номинальный ток возбуждения шунтовой машины составляет 1 — — 5 % от номинального тока якоря, причем меньшая цифра относится к мощным машинам.
 [9]

Номинальный ток возбуждения электрической машины — ток возбуждения, соответствующий номинальному режиму ее работы.
 [10]

Номинальным током возбуждения машины называется ток возбуждения, соответствующий номинальному режиму работы.
 [11]

Номинальным током возбуждения электрической машины называется ток возбуждения, соответствующий номинальному режиму работы электрической машины. Наибольшим рабочим током синхронной электрической машины называется ток обмотки якоря, длительно допустимый при 95 % номинального напряжения.
 [12]

Возбудитель должен обеспечить номинальный ток возбуждения при условии перерыва питания электродвигателя продолжительностью 2 сек, вызванного перерывом питания секции собственных нужд, и восстановлении после перерыва на электродвигателе 70 % номинального напряжения.
 [13]

Измерения произведены при номинальном токе возбуждения / в 6 5 а, при котором установившееся превышение температуры обмотки возбуждения не более 60 С.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

-LG(LM)-обмотка
возбуждения генератора (двигателя)-формирует поток возбуждения
генератора(двигателя).

-ВА-датчик тока якорной
цепи.

-LM-обмотка
возбуждения двигателя.

5) Расчет
параметров генератора как обобщенного преобразователя

Режим работы ЭП на номинальной скорости:   

Эквивалентное сопротивление якорной цепи генератора и
двигателя:

 

 ЭДС двигателя в
номинальном режиме:

                            

ЭДС генератора, соответствующая номинальному режиму работы
привода:

 

  

Номинальный (паспортный)
ток возбуждения генератора:

Номинальный (паспортный)
магнитный поток генератора определяем по характеристики намагничивания (рис.1):

Номинальная ЭДС генератора(паспортная):

Конструктивная постоянная
генератора:

Магнитный поток генератора соответствующий номинальному
режиму:

 

Ток возбуждения
генератора, необходимый для работы ЭП в номинальном режиме определяем по
характеристики намагничивания:

Коэффициент передачи генератора для номинального режима:

и  находим
по рис.2

;

Индуктивность обмотки возбуждения соответствующая
номинальному режиму:

,где

-число
пар полюсов генератора

-число
параллельных ветвей.   

-коэффициент
рассеяния обмотки возбуждения   

Постоянная времени обмотки возбуждения для номинального
режима:

6) Режим работы ЭП на
минимальной скорости .

Минимальная скорость
двигателя:

где, D
– заданный диапазон регулирования

ЭДС генератора, обеспечивающая :

Магнитный поток генератора соответствующий :

Ток возбуждения генератора
необходимый для работы ЭП на минимальной скорости:

Определяем по характеристике
намагничивания:

Напряжение обмотки возбуждения генератора при :

Коэффициент передачи генератора для режима,
обеспечивающего :

так как участок кривой
намагничивания при и  линейный,
то можно принять

  ;

Индуктивность обмотки возбуждения при :

Постоянная времени обмотки возбуждения при :

7)Расчет
параметров структурной схемы привода.

Рис.3 Структурная схема СУЭП в установившемся режиме.

Принимаем

Коэффициент обратной связи по скорости:

Максимальное напряжение обмотки возбуждения генератора:

,
где -коэффициент форсировки возбуждения.

 Берем

Коэффициент усиления тиристорного возбудителя:

,
где -максимальное напряжение управления
тиристорным возбудителем.

Для нахождения коэффициента передачи регулятора скорости
по рис.4 запишем уровнение скоростной характеристики электропривода:

 (3)

Из (3) выражаем  и получаем уравнение скоростной
характеристики ЭП.

Чтобы определить  учитываем
требования к статической точности регулирования. Ошибка максимальная при
минимальной частоте вращения:

=2%

Выражаем

Статическая просадка скорости при работе на
характеристике, обеспечивающей  при номинальном токе двигателя:

Скорость идеального холостого хода:

Уровень задающего напряжения, обеспечивающий :

Рассчитываем
уровень задающего напряжения, обеспечивающего номинальный режим работы привода.

Статическая просадка скорости:

Скорость идеального холостого хода:

 

Уровень задающего напряжения, обеспечивающий номинальный
режим работы привода:

Расчет токовой
отсечки.

Статическая структурная
схема СУЭП для расчета параметров узла токовой отсечки.

     Рис.4 Статическая структурная схема
СУЭП для расчета токовой отсечки.

Токовая отсечка
рассчитывается при максимальном сигнале задания скорости

Ток отсечки:

 

Ток упора:

Коэффициент усиления разомкнутой СУЭП:

Напряжение обратной связи по току на участке токовой
отсечки:

 
(4)

По рис. 4 запишем выражение для тока якоря:

  
(5)

Из (5) выражаем  при   

 (6)

при

Из (4) выражаем

Участок
отсечки на характеристике для номинальной скорости:

Жесткость характеристики токовой отсечки:

   

Участок
отсечки на характеристике для минимальной скорости:

Жесткость
характеристики токовой отсечки:

Статическая просадка при отсечки на номинальной скорости:

9) Построение
скоростных характеристик ЭП.

                                             Рис.5 Скоростные характеристики электропривода.

10) Анализ
устойчивости синтезированной системы электропривода.

Наиболее неблагоприятные
условия для устойчивости создаются при работе на номинальной скорости вращения.

Составляем структурную
схему с учетом инерционности преобразователя и двигателя.                       Рис.6 Структурная схема СУЭП для рабочих нагрузок.

На рис.6 обозначено.

Электромеханическая постоянная времени привода:

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи:

где -коэффициент компенсации

По рис.7 записываем выражение для передаточной функции
замкнутой системы:

Характеристический
полином замкнутой системы имеет вид:

Для
исследования устойчивости воспользуемся алгебраическим критерием Гурвица:

 Для устойчивости
замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы n
диагональных миноров матрицы Гурвица были положительны, где n-степень
характеристического полинома замкнутой системы.

Составляем матрицу
Гурвица:

 

Синтезированная система
электропривода неустойчивая.

Для обеспечения
устойчивости системы необходимо синтезировать корректирующие устройства, либо
изменить требования, предъявляемые к качеству системы: уменьшить диапазон
регулирования скорости, либо увеличить ошибку в установившемся режиме. Так же
систему можно сделать устойчивой, увеличив механическую постоянную времени, но
это приведет к снижению быстродействия.

Министерство
образования и науки Российской Федерации

Новосибирский
Государственный Технический Университет

Кафедра
электропривода и автоматизации промышленных установок

«Статический расчёт системы стабилизации скорости ЭП

типа ТВ-Г-Д»

Вариант №14

Факультет: ЭМ

Группа: Эм-31               

Студент: Кожемяков А.А.

Преподаватель: Панкратов В.В.                                                         

Новосибирск 2007г.