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 Iв =
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 Rn,
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(Iв), -
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 якоря. Электромагнитный момент генератора постоянного тока
Построить естественную и искусственную
механические характеристики двигателя
постоянного тока с параллельным
возбуждением, если добавочное сопротивление
в цепи якоря R
д = 1,0 Ом.
Номинальные данные двигателя: Р
н = 19 кВт;U
н = 220 В;I
н =
103 А;n
н = 770 об/мин;
R
я = 0,177 Ом.
Решение. Исходя из соотношения
или
для любых точек характеристики, имеем:
.
Тогда частота вращения холостого хода
двигателя
Номинальный вращающий момент, развиваемый
двигателем
Искусственные электромеханические и
механические характеристики рассчитываются
и строятся по 2-м точкам с координатами
1. М
= 0;n
=n
0 ; 2.М
=М
н;n
=n
н.
Частота вращения двигателя при номинальном
значении тока и введении в цепь якоря
добавочного сопротивления R
д = 1,0 Ом
Характеристики изображены на графиках
рис. 1.
Р
н = 65 кВт;U
н = 440 В;I
н =
168 А;n
н = 1480 об/мин.
Какое добавочное сопротивление необходимо
включить в цепь якоря двигателя, чтобы
он работал в точке с координатами ω 1 = 94,5 с -1 ;М
1 = 0,5М
н?
Номинальное сопротивление двигателя:
.
Коэффициент полезного действия двигателя
при номинальной нагрузке:
.
Сопротивление якоря двигателя
Частота вращения двигателя идеального
холостого хода
Номинальный вращающий момент двигателя
Естественная механическая характеристика
строится по 2-м точкам с координатами
Получили точку М
=М
н;n
=n
н;М
1 = 0,5М
н = 0,5·448 = 224 Н·м
1. М
= 0;n
=n
0 = 1574 об/мин; 2.М
=М
н = 448 Н·м;n
=n
н = 1480 об/мин.
Для нашего случая
ω 1 = 94,5 с -1 ,n
1 = 902,48
об/мин.
Принимая во внимание, что механическая
характеристика линейная, считаем, что
при
М
=М
н частота вращения на
искусственной характеристике примет
значение
n
2 =n
0 – (n
0 – n
1)·2 = 1574 – (1574 – 902,48)·2 = 231
об/мин.
Отсюда следует, что добавочное
сопротивление R
д можно найти
по формуле
Подъемное устройство имеет кинематическую
схему (рис. 1) и следующие данные: n
н = 980 об/мин;J
1 = 0,5 кг·м 2 ;J
2 = 2 кг·м 2 ;J
3 =
25 кг·м 2 ;j
1 =j
2 = 4;D
= 0,7 м; кпд каждой пары шестерен
η = 0,95. Определить момент инерции для
случая разгона и замедления при подъеме
груза в 1 т.
Решение. Чтобы определить приведенный
момент инерции, надо знать скорость
подъема груза, соответствующую заданной
скорости двигателя. Эту скорость,
пренебрегая толщиной каната, можно
считать равной окружной скорости
барабана.
Угловая скорость двигателя
При разгоне
При торможении
Номинальные данные двигателя постоянного
тока с параллельным возбуждением:
U
н = 220 В;I
н = 680 А; ω н = 47 с -1 ; I
вн = 5 А;R
я = 0,0163 Ом.
Определить 1) I
ян; 2)М
н;
3) ω, если к якорю двигателя приложено
напряжение
U
н = 170 В при номинальной нагрузке
на валу и номинальном магнитном потоке
Номинальный ток якоря
Скорость вращения двигателя идеального
холостого хода
Конструктивный коэффициент
Номинальный момент на валу двигателя
Скорость двигателя при U
н =
170 В, номинальной нагрузке на валу и
номинальном магнитном потоке
Номинальные данные двигателя постоянного
тока с параллельным возбуждением:
P
н = 13 кВт;U
н = 110 В;
I
вн = 5,2 А; η = 91 %;R
я =
0,025 Ом. Определить 1) ΔP
ян; ΔP
вн.
Номинальный ток двигателя
Номинальный ток якоря
Потери в обмотке якоря
Сопротивление обмотки возбуждения
Потери в обмотке якоря
U
н = 220 В; I
н = 275 А;n
н = 665 об/мин.R
я = 0,04 Ом. Определить
добавочные сопротивления, которые
необходимо включить в цепь якоря, чтобы
двигатель работал приI
=I
н:
в двигательном режиме со скоростью ω
= 30 с -1 ;
в режиме динамического торможения со
скоростью ω = 30 с -1 ;
в режиме противовключения со скоростью
ω = – 30 с -1 ;
Во всех случаях М
с имеет
реактивный характер.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока независимого возбуждения:
P
н=
42
кВт;U
н = 220 В; I
н = 220 А;n
н = 995 об/мин.R
я = 0,07 Ом.
Определить:
І
п
;
М
п
(пусковой ток и
момент, если сопротивление пускового
реостата 0,4R
н
).
Ответы:
-
960 Н·м;
107 с
-1
;
450 Н·м;
U
н = 110 В; I
н = 608 А;I
вн =8 А; n
н = 980 об/мин.R
я = 0,0122 Ом. Данную машину используют в
режиме ГПТ, вращая ее со скоростьюп
1
=
1470
об/мин. определить выходное напряжениеu Г
при номинальной нагрузке. Считать
ток возбуждения независимым от режима
работы машины.
Ответы: 147 В
Паспортные данные двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения:
U
н = 110 В; I
н = 10 А;R
я = 0,6 Ом;R
в
=100 Ом. Определить:
I
ян
; 2) Е
н
;
Р
эн
;
Р
1н.
Ответы:
-
0,93 кВт;
1.1 кВт.
Пример 10.
P
н=6
кВт;U
н = 220 В; I
н = 32,6 А;n
н = 1000 об/мин; 2а=2; 2Р п =4; W я =372;
I вн =1,05 А.
Определить:
Ответы:
-
0,008 Вб;
5,13 Н·м;
0,59 Ом;
210 Ом;
6,18 Н·м·с;
711 А и 8,72.
Пример 11.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения типа
П92:
P
н=42
кВт; U
н = 220 В; I
н = 219 А;n
н = 1000 об/мин; J Д =7,0 кг·м 2 ;
I ВН =3,25 А; L В =13,87 Гн. Определить:
R д в режиме противовключения,
если ω нач =0,5 ω 0 ; М НАЧ =2М Н;
Пусковой ток при прямом пуске двигателя
и его кратность по отношению к
номинальному.
Ответы:
0,118 с;
0,205 с;
0,69 Ом;
3385 А и 15,5.
Пример 12.
Двигатель постоянного тока независимого
возбуждения работал в установившемся
режиме при М с =const. Движок ползункового
реостата (рис.2) переместили влево. Как
изменятся новые установившиеся значения
координат электропривода:
Ответы:
уменьшится;
увеличится;
не изменится;
уменьшится;
не изменится.
Пример 13.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения:
U
н = 220 В; I
н = 303 А; I ВН =3,77
А;n
н = 980 об/мин; R я =0,0404.
Данную машину используют в режиме
генератора. С какой скоростью необходимо
вращать якорь машины, чтобы получить
выходное напряжение 230 В при номинальной
нагрузке? Ток возбуждения считать
независимым от режима работы машины.
Ответы: 119,4 с
-1
.
Пример 14.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока независимого возбуждения типа
П81:
P
н=32
кВт; U
н = 220 В; I
н = 170 А;n
н = 1500 об/мин; Ф н =0,0124 Вб; J=2,8 кг·м 2 ;
I ВН =1,64 А; С Е =105,24 Гн. Определить:
0 , если двигатель работает при
Ф 1 =0,7·Ф н;
с, если двигатель работает с
Ф 1 =0,7·Ф н, М=М н;
β (при ослабленном потоке, см. выше);
β Е (на естественной характеристике);
Т м (на естественной характеристике);
Т м (при ослабленном потоке, см.
выше);
R д в цепи ОВД для обеспечения
режима работы с ослабленным полем (см.
выше), считая Ф≡I В.
Ответы:
241 с
-1
;
217 с
-1
;
9 Н·м·с;
18,7 Н·м·с;
0,15 с;
0,312 с;
57,7 Ом.
Пример 15.
Определить добавочное сопротивление
в цепи якоря двигателя постоянного тока
независимого возбуждения, если он
работает в точке А характеристики (рис.
3). Сопротивление R я =0,1 Ом. Какие
режимы работы в т. А, В, С, Д?
Ответы:
1,1 Ом; А — противовключение, В – короткое
замыкание, С-идеальный х.х.; Д- двигательный
установившийся.
Пример 16.
Обмотка возбуждения двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения по
ошибке оказалась включенной неправильно
(рис.4). Как поведет себя двигатель после
включения его в сеть при R д =9ּR я,I п =2,5ּI H ,
если нагрузка на валу:
М с =0,5ּМ н?
Ответы:
пойдет в ход; ω=ω
0
;
не тронется с места.
Пример 17.
В каком соотношении находятся параметры
двигателя постоянного тока независимого
возбуждения:
U В, если он поочередно
работал в точках 1,2,3,4 характеристик
(рис. 5)?
Ответы:
Е
1
=Е
2
>Е
3
>Е
4
;
И
1
=И
2
>И
3
>И
4
;
М
1
<М
2
=М
3
=М
4
;
Ф
1
<Ф
2
=Ф
3
=Ф
4
;
И
В1
<И
В2
=И
В3
=И
В4
.
Ответы: На внимание (проверка на знание)
Е
1
=Е
2
>Е
3
>Е
4
;
U
1
=
U
2
>U
3
>
U
4
;
М
1
<М
2
=М
3
=М
4
;
Ф
1
<Ф
2
=Ф
3
<
Ф
4
;
U
В1
U
В2
U
В3
U
В4
.
Пример 18.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения:
P
н=15
кВт; U
н = 220 В; I
н = 81,5 А;
ω н =168 с -1 ;R В =55
Ом. Кривая намагничивания машины
приведена на рис.6. Какое добавочное
сопротивления необходимо включить в
цепь ОВД, чтобы получитьω 0 =304
с -1 ?
Ответ: 92 Ом.
Пример 19.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока независимого возбуждения:
P
н =
65
кВт; U
н = 440 В; I
н = 168 А;
ω н =155 с -1 . Определить величину
добавочного сопротивленияR
д в цепи якоря двигателя, если он работает
в режиме рекуперативного торможения,
имея координаты: ω = 235 с -1 ;М
=
0,5·М
н. Определить мощность на
валу машины.
Ответы:
2,1 Ом;
53 кВт.
Пример 20.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока независимого возбуждения типа
П61:
P
н
=11
кВт; U
н = 220 В; I
н = 60 А;I
вн = 1,25 А;n
н = 1500 об/мин.
Определить:
Ответы:
177 Ом;
0,647 Н·м/А;
1,41 Н·м·с.
Пример 21.
Двигатель постоянного тока независимого
возбуждения при работе на естественной
характеристике имеет статическое
падение Δn
е =150
об/мин, а на искусственной (реостатной)
характеристике – Δn
и =600
об/мин при прежней нагрузке на валу.
Определить величинуR
д в цепи якоря, еслиR
я =0,2
Ом.
Ответ: 0,6 Ом.
Пример 22.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения:
U
н = 220 В; I
н = 154; η н =
0,85;n
н = 740 об/мин;R
я =0,112 Ом. Двигатель
работал с различными магнитными потоками:
Ф 1 = Ф н; Ф 2 = 0,8ּФ н;
Ф 3 = 0,6ּФ н.
Требуется определить при указанных
значениях магнитных потоков:
скорости идеального холостого хода;
скорости вращения двигателя при
номинальной нагрузке по току.
Ответы:
84 с -1 ; 105 с -1 ; 140 с -1 ;
77 с -1 ; 94 с -1 ; 122 с -1 ;
Пример 23.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения:
Рн
=
55 кВт; U
н = 220 В; I
н = 275 А;R
ов = 47,8 Ом
(приt= 15 ºС). КакоеR
д необходимо включить в цепь якоря, чтобы
получить кратность якорного пускового
тока, равную 2,5 ?
Ответ: 0,28 Ом.
Пример 24.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока независимого возбуждения:
Рн
=
65 кВт; U
н = 440 В; I
н = 168 А;n
н = 1480
об/мин.
Определить:
сопротивление реостата, который
необходимо включить в цепь якоря для
обеспечения работы ЭП в режиме
противовключения в точке с координатами:
М = 0,5·М н; ω = 94,5 с -1 ;
мощность, подведенную к валу двигателя
со стороны РМ;
мощность, потребляемую из сети.
Статический момент имеет активный
характер.
Ответы:
8,1 Ом;
21,3 кВт;
40 кВт;
Пример 25.
Двигатель постоянного тока параллельного
возбуждения типа Д31 имеет технические
данные:
2р
п
=
4; k
s
=
1,2;
W
В
=
1700;
Ф н
=
8,8 мВб;
I
вн
=
1,42 А;
R
я =
579 Ом;
U
н
=
220 В;
I
н
=
37 А;
k
Ф=
2,16
В∙с;
Δφ/Δi
в *
= 0,64.
Требуется определить:
1)
L
В
;
2)
k
;
3)
R
В
;
4)∆Р
ВН
(потери мощности
в ОВД номинальные);
5) β, если в цепи якоря включено
R
д
=
0,2·
R
Н
.
Ответы:
-
155 Ом;
313 Вт;
2,64 Н·м·с.
32,4 Гн;
Пример 26.
Определить скорость вращения двигателя
постоянного тока параллельного
возбуждения при номинальной нагрузке
на валу в двигательном и рекуперативном
режимах работы, если известно, что: R
д = 0,08 Ом;R
я = 0,02
Ом; ω 0 = 90 с -1 ; ; ω н = 83,7
с -1 .
Ответы:
58,5 с
-1
;
121,5 с
-1
.
Пример 27.
Двигатель постоянного тока параллельного
возбуждения работает на естественной
характеристике. Номинальное напряжение
двигателя равно 220 В. По результатам
эксперимента установлено, что:
при I
= 60A; ω =103с -1 ;
при I
=120A; ω =101с -1 ;
Определить:
скорость идеального холостого хода
ω 0 ;
сопротивление якорной цепи R
я;
ЭДС для первого случая Е
1;
ЭДС для второго случая Е
2 ;
Момент для первого случая М
1 ;
Момент для второго случая М
2.
Ответы:
-
126 Н·м;
105 с
-1
;
0,0667 Ом;
Пример 28.
Двигатель постоянного тока независимого
возбуждения типа П51 имеет технические
данные:
Р
н =
6 кВт;
U
н =
220 В;
I
н =
33 А;
n
н =
1500 об/мин;
J
=
0,35 кг·м 2 .
Определить:
Т
м ;
Номинальный момент на валу М
нв;
Момент холостого хода М
хх;
Добавочное сопротивление
R
д в цепи якоря для обеспечения работы ЭП
в точке характеристики с координатами:
ω = 0,7·ω н;М
с = 0,5·М нв;
Ответы:
0,123 с;
38,2 Н·м;
4,3 Н·м;
4,2 Ом.
Пример 29.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения типа
Д22:
U
н
=
220 В; Р
н =
4,8 кВт;
η н
=
0,839.
Определить сопротивление
пусковых ступеней и секций для
осуществления реостатного пуска в две
ступени при λ =М
1 /М
2 = 2.
Ответы:
2,72 Ом;
1,36 Ом;
1,36 Ом;
0,68 Ом.
Пример 30.
Двигатель постоянного тока параллельного
возбуждения типа Д41 имеет технические
данные:U
н =
220 В;I
н =
69,5
А;р
п =
2;
J
д =
0,8 кг·м 2 ;k
Ф
=
2,7 В·с;R
я =
0,235 Ом;I
вн =
2,2 А;
Ф н =
17 мВб;W
в =
1480;k
s
=
1,2; Δφ/Δi
= 0,64.
Параметры механической части
привода:
J
м =
40 кг·м 2 ;i
= 8.
Определить:
Электромеханическую постоянную времени
Т
м
;
Постоянную времени якорной цепи Т
я
;
Постоянную времени цепи возбуждения
Т
в
;
Статическую скорость ω с в режиме
динамического торможения, если тормозное
сопротивлениеR
т = 0,3·R
н;М
с =М
н.М
с имеет активный
характер.
Ответы:
0,051 с;
0,049 с;
0,35 с;
–24,1 с
-1
.
Пример 31.
Паспортные данные двигателя постоянного
тока независимого возбуждения типа
П51:
Р
н =
3,2 кВт;U
н =
220 В;I
н = 18,3 А;k
Ф
= 1,88 В·с;Т
м = 0,127 с.
Определить:
Момент инерции J
;
Начальный тормозной ток в режиме
динамического торможения, если ω нач = ω н,R
Т =
0;
Кратность начального тормозного тока;
Во сколько раз начальный тормозной ток
превышает допустимое по условиям
коммутации значение.
Ответы:
0,374 кг·м
2
;
Электромеханические свойства электропривода без обратных связей в основном определяются характеристиками двигателя.
Наиболее широкое применение нашли двигатели с независимым (параллельным) возбуждением, которые и рассматриваются в пособии.
^
Номинальный момент двигателя постоянного тока
(ДПТ) M
н, возникающий в результате взаимодействия номинального магнитного потока Ф
н с номинальным током якоря I
н
где с =
p
0 N
/2a
–
конструктивная постоянная двигателя при числе пар полюсов
p
0 , числе активных проводников якоря N
, числе параллельных ветвей якоря a
.
Для якорной цепи двигателя справедливо уравнение номинального напряжения U
н, записанное по второму закону Кирхгофа
, (48)
где ^
R
я – сопротивление всей якорной цепи, состоящей из обмоток якоря (r
я) и добавочного сопротивления R
п, E
0
–
ЭДС обмотки якоря.
Сопротивление обмотки якоря
r
я для двигателей средней и большой мощности (P
н) оценивается по формуле
, (49)
где R
н = U
н /I
н –
.
Основные свойства двигателя постоянного тока оцениваются его скоростной (механической) характеристикой.
^
Скоростная характеристика
– это зависимость скорости от тока якоря ω =
f
(I
) при U
=
const.
. (50)
Естественной скоростной характеристикой
называют зависимость ω =
f(I
) при номинальных значениях напряжения и потока и при отсутствии дополнительных сопротивлений цепи якоря
(51)
Из уравнения естественной характеристики (при ^
I
н) получают величину, которая носит название машинная постоянная ДПТ
c
Ф н
, (52)
номинальное значение скорости двигателя
, (53)
относительное номинальное падение скорости
Δν н
. (54)
^
Механическая характеристика
– это зависимость скорости от момента ω =
f(M
) при U
= const и потоке возбуждения Ф=
const
. (55)
Коэффициент крутизны
β
является основным параметром, определяющим вид механической характеристики
, (56)
где γ – коэффициент жесткости механической характеристики. Механические характеристики при β=0 абсолютно жесткие; при β≤0,1 – жесткие; при β>0,1 – мягкие.
^
Жесткость механической характеристики
ДПТ γ * , Н. с
(57)
применяется при расчетах привода с ДПТ.
Из уравнения (50) следует, что регулировать скорость, можно, изменяя сопротивление якоря ^
R
я, магнитный поток Ф, напряжение U
.
1. Искусственная реостатная характеристика 2 при введении сопротивления в цепь якоря показана на рис.6 (ниже естественной характеристики 1). Реостатное регулирование
неэкономично и используется только при пуске.
2. Регулирование изменением магнитного потока возможно только при ослаблении магнитного потока
из-за насыщения магнитной системы и ограничено механической прочностью ДПТ при высоких скоростях (характеристика 3 на рис.6).
Рис.6. Естественная (1) и искусственные (2, 3) механические характеристики
Скорость идеального холостого хода обратно пропорциональна коэффициенту ослабления магнитного потока α ф
(58)
^
Относительное номинальное падение скорости
Δν н. x
при номинальной нагрузке M
н
и ослабленном
магнитном потоке α ф Ф н
. (59)
3. Для регулирования напряжения двигателя используется генератор (система Г-Д) или статический преобразователь (ТП-Д). Система ТП-Д обеспечивает широкий диапазон регулирования ω.
^
Переходный процесс
– это процесс перехода привода из одного установившегося режима работы в другое установившееся состояние. Это происходит при пуске, изменении нагрузки на валу двигателя, торможении, реверсе и т.п.
^
Режим динамического торможения
(ДТ) осуществляется отключением двигателя от сети и включением в цепь якоря сопротивления (двигатель работает как автономный генератор).
^
Режим торможения противовключением
(ПВ) реализуется путем изменения на ходу полярности напряжения якоря или обмотки возбуждения ДПТ (ПВ первого рода).
Режим рекуперативного генераторного торможения
возможен, если скорость превысит скорость холостого хода (ω> ω 0).
Переходные процессы зависят от характера объекта. Если система нелинейная, проводится компьютерное моделирование . В случае линейной электромеханической системы, состоящей из ДПТ с линейной механической характеристикой и жесткого механического звена возможен анализ процессов аналитическими методами.
Совместное решение уравнений движения электропривода (29) и механической характеристики (55) дает уравнение переходных процессов системы «двигатель с линейной механической характеристикой – жесткое механическое звено», определяемых механической инерционностью электропривода
, (60)
где уст = 0 –(M
с r
я /(cФ н) 2) – установившееся значение скорости электропривода после окончания переходного процесса (M
= M
с).
Решением (60) является переходная характеристика
где T м = J
Σ r
я /(cФ н) 2 – электромеханическая постоянная времени, ω нач – начальная скорость.
При нулевых начальных условиях
. (62)
Пример 8.
Определить ЭДС генератора, питающего цепь якоря двигателя по схеме генератор _ двигатель (Г-Д) рис.7, для получения требуемой скорости двигателя при заданной нагрузке.
Рис.7. Электропривод по системе генератор-двигатель
P
нг = 8,8 кВт; U
нг = 220 В; I
н = 40 А; r
яг = 0,5 Ом; двигатель: P
нд = 8,0 кВт; ω н = 90 рад/с;
U
нд = U
нг = U
н = 220 В; I
н = 40 А; r
яд = 0,5 Ом.
Схема и характеристики привода Г-Д приведены на рис.7, 8.
Рис.8. Механические характеристики электропривода Г-Д
1. Определить машинную постоянную двигателя c
Ф н и скорость холостого хода двигателя ω 0гд в системе Г-Д.
2. Найти номинальное значение ЭДС генератора E
гн для получения номинальной скорости двигателя ω гд = ω н = 90 рад/с.
3. Найти ЭДС генератора E
г. x
для получения скорости привода в системе Г–Д ω x
= 0,5ω н при M
с. x
= 0,5M
н.
Решение
. Машинная постоянная двигателя c
Ф н при r
я = r
яд
c
Ф н = (U
нд – r
яд
I
н)/ ω н = 2,22 Вб. (63)
Падение скорости в системе Г-Д при номинальной нагрузке
= 18 рад/с, (64)
где r
яд,
r
яг
– сопротивления цепи якоря двигателя и генератора (рис.7).
Скорость холостого хода системы Г-Д при E
гн (рис.8)
= 108 рад/с. (65)
ЭДС генератора E
гн для получения в системе Г-Д номинальной скорости
= 240 В. (66)
ЭДС генератора для получения скорости привода ω x
= 0,5ω н при M
с. x
= 0,5M
н.
Пример 9.
Определить ослабление магнитного потока двигателя при регулировании скорости по системе Г-Д для получения повышенной скорости привода при уменьшении нагрузки.
Данные машин системы Г-Д: генератор: U
нг = 220 В; I
н = 40 А; r
яг = 0,05 Ом; двигатель: ω н = 90 рад/с;
U
нд = 220 В; I
н = 40 А; r
яд = 0,05 Ом, характеристики даны на рис.6.
1. Найти машинную постоянную, номинальное сопротивление двигателя и абсолютное и относительное сопротивление цепи якорей системы Г-Д c
Ф н; R
н; .
2. Найти уменьшение относительного магнитного потока двигателя x
. для относительной скорости привода x
= 1,4 при относительной нагрузке x
= 0,5.
Решение
. Для вычисления уменьшения относительного магнитного потока двигателя x
. для заданной скорости и нагрузки привода используется система относительных параметров
Уравнение механической характеристики имеет вид (55).
В относительных единицах уравнение механической характеристики при
, (69)
откуда уменьшение магнитного потока двигателя, учитывая решение, имеющее физический смысл (
;
)
= 0,71. (70)
Пример 10.
Для привода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ) с реостатно-релейным управлением (рис.9) рассчитать величины ступеней пусковых сопротивлений. Номинальные значения параметров двигателя:
P
н = 8,5 кВт; U
н = 220 В; I
н = 44 А; ω н = 94 рад/с. Максимальный пиковый момент двигателя при пуске 1 =2. Относительные значения момента переключения ступеней пускового сопротивления 2 = 1, статического момента нагрузки с = 0,8.
1. Определить скорость идеального холостого хода двигателя ω 0 и построить в долевых величинах естественную механическую характеристику двигателя = f().
2. Найти число ступеней пуска m
и построить характеристики реостатного пуска (рис.10).
Рис.9. Схема электропривода с реостатно-релейным управлением
3. Определить номинальное сопротивление двигателя R
н =
U
н /I
н, сопротивление якоря r
я, найти значения ступеней r
1 , r
2 ,…, r
m
и полное сопротивление пускового реостата r
полн.
Рис.10. Механические пусковые и тормозные характеристики ДПТНВ
Решение
. Для расчета величин ступеней пусковых сопротивлений (форсированный пуск) определяют следующие параметры (рис.9).
Номинальное сопротивление двигателя R
н
R
н = U
н /I
н =5 Ом. (71)
Сопротивление якоря двигателя r
я
= 0,3 Ом. (72)
Скорость холостого хода
= 100 рад/с. (73)
Машинная постоянная двигателя c
Ф н определяется по (52).
c
Ф н = (U
н – r
я
I
н)/ ω н = 2,2 Вб.
Приближенно число ступеней реостата m
при заданном значении
= 0,06 находят, исходя из отношения пиковых моментов к моментам переключения
= 2,02. (74)
При числе ступеней m
= 3 отношение моментов λ ≈ 2. Следовательно, корректировку 1 , 2 , (при соблюдении условий
) можно не проводить, приняв λ = 2, m
= 3.
Сопротивления ступеней реостата по принятой величине λ
Сопротивления ступеней реостата при m
= 3
= 0,3;
= 0,61; = 1,22 (Ом). (76)
Относительные сопротивления ступеней
(см. рис.10).
Полное сопротивление реостата при m
= 3
= 2,13 Ом. (77)
Сопротивление якорной цепи
= 2,44 Ом. (78)
Пример 11.
Для привода постоянного тока с реостатно-релейным управлением (см. рис.9) рассчитать ступень сопротивления для торможения противовключением и для динамического торможения. Характеристики приведены на рис.10. Номинальные значения параметров двигателя: Р
н = 8,5 кВт; U
н = 220 В; I
н = 44 А; r
я = 0,3 Ом; ω 0 = 100 рад/с; ω н = 94 рад/с. Двигатель переключается в тормозной режим противовключения или динамического торможения при с = 1 и = н. Максимальный тормозной момент при переключении т = 1. Пусковые характеристики рассчитаны для максимального значения момента при пуске с 1 = 2.
R
н, рассчитать относительное сопротивление цепи якоря ρ=ρ я и определить полное (без разбивки на ступени) сопротивление пуска ρ полн.
2. Построить механические характеристики двигателя =f(μ) в долевых величинах при переключении в режим торможения противовключением или режим динамического торможения.
3. Определить величины добавочных сопротивлений ступени противовключения и динамического торможения ρ пв и ρ дт.
Расчет
. Для привода постоянного тока с реостатно-релейным управлением при расчете величин ступеней сопротивлений торможения (см. рис.9) определяются следующие параметры.
Номинальное сопротивление двигателя R
н по формуле (71).
Относительное сопротивление цепи якоря
. (79)
Полное сопротивление полн.
=. (80)
Величина добавочного сопротивления (см. рис. 10) ступени динамического торможения r
дт и ρ дт = r
дт /R
н
, (81)
где ^
U
нач – напряжение двигателя в начальный момент торможения (U
нач ≈ U
н); I
доп – максимально допустимый ток (I
доп ≈ I
н, µ max = –1).
Величина добавочного сопротивления ступени торможения противовключением r
пв и ρ пв = r
пв /R
н
. (82)
Пример 12.
Определить, какой характер будут иметь переходные процессы при пуске двигателя постоянного тока независимого возбуждения вхолостую с приложением через 2,66 с номинального момента нагрузки (рис.11). Пуск производится подачей номинального напряжения на якорь двигателя с включенной обмоткой возбуждения. Для ограничения пускового тока в цепь якоря двигателя на время пуска введено добавочное сопротивление, ограничивающее максимальное значение тока при пуска I
п = 2,5I
н. Данные двигателя: мощность Р
н =6,5 кВт, номинальная скорость вращения ω н = 104,5 рад/с, номинальное напряжение U
н = 220 В; номинальный ток якоря I
н =33,5 А; сопротивление цепи якоря r
я
= 0,77 Ом; индуктивность якоря L
я = 0,01 Гн; момент инерции привода J
Σ = 1,0 кгм 2 .
1.Найти электромеханические постоянные времени T
м.п,
T
м в пусковом режиме и при приложении номинальной нагрузки.
2. Построить характеристики переходного процесса, считая, что процесс устанавливается за время t
=
3,5T
м.
Расчет
. Расчет переходных процессов пуска привода постоянного тока вхолостую и приложения номинального момента нагрузки (см. рис.11) начинается с определения номинального момента двигателя
. (83)
Рис.11. Характеристики при пуске и приложении нагрузки
Машинная постоянная двигателя из моментной характеристики
. (84)
Скорость холостого хода ω 0 определяется уравнением (52).
Добавочное сопротивление, вводимое в цепь якоря, равно
. (85)
. (92)
После разгона на холостом ходу при установлении ^
R
п =0, к валу двигателя приложен момент нагрузки M
с = М
н (см. рис.10). Установившееся значение скорости после приложения нагрузки
. (93)
Для построения переходного процесса изменения скорости, обусловленного приложением нагрузки, с учетом (89) используется уравнение (60) при начальных условиях нач = 0
Задача 6.
Определить параметры двигателя постоянного тока по паспортным данным двигателя. Данные двигателя: мощность ^
Р
н = 40 кВт, скорость ω н = 100 рад/с, момент M
н = 400 Нм; напряжение U
н = 220 В; ток I
н = 200 А. Возбуждение двигателя независимое или параллельное. (Естественная характеристика 1 и искусственная характеристика 3 при ослабленном потоке Ф
1. Определить номинальное сопротивление двигателя R
н =
U
н /I
н, относительное и омическое сопротивления цепи якоря двигателя ρ,
r
я.
2. Найти машинную постоянную двигателя постоянного тока (ДПТ) c
Ф н и скорость идеального холостого ω 0н.
3. Определить относительное падение скорости двигателя при номинальной нагрузке Δν н = Δω н /ω н (см. рис.6).
4. Найти относительное номинальное падение скорости Δν н. x
при номинальной нагрузке M
н
и
магнитном потоке α ф Ф н = 0,5 Ф н.
Задача 7.
Определить номинальные значения скорости и момента двигателя постоянного тока, если известны его напряжение, ток, скорость холостого хода и сопротивление цепи якоря. Данные двигателя: U
н = 220 В; I
н = 200 А; ω 0 = 109 рад/с; r
я = 0,05 Ом.
Найти: I) машинную постоянную двигателя c
Ф н; 2) номинальную скорость вращения двигателя ω н; 3) номинальный электромагнитный момент двигателя M
н.
Электромагнитный момент генератора постоянного тока
Сила, воздействующая на проводник с током равна . Для расчета принимаем индукцию на полюсном делении среднюю величину. Ток во всех проводниках одинаков, индукция средняя, каждый проводник практически пересекает магнитную линию перпендикулярных. Исходя из этого, можно суммарную силу всех проводников сосредоточить в одном проводнике.
Где — число проводников обмотки якоря. Электромагнитный момент , , заменим , , получим , где: , — поток, тогда
Электромагнитный момент зависит от потока и тока якоря. В генераторном режиме электромагнитный момент является тормозным. Уравнение равновесного состояния моментов запишется , где:
Механический момент на валу генератора
Момент холостого хода
Электромагнитный момент
6. Реакция якоря в машинах постоянного тока
В режиме холостого хода генератора постоянного тока ток возбуждения создает основной поток, который при вращении якоря наводит в обмотке якоря ЭДС. Поток при холостом ходе имеет симметричный характер, рис. 18. Если якорную цепь подключить к нагрузке, то по обмотке якоря будет протекать ток, который создаст свой поток.
Взаимодействие потока якоря с потоком основных полюсов и называется реакцией якоря. Картину распределения потока якоря можно представить на рис. 19.
При холостом ходе генератора ЭДС, наводимая в обмотке якоря, определяется по правилу правой руки. Подключив нагрузку, в якоре появится ток с тем же направлением что и ЭДС. Ток создаст поток, который, взаимодействуя с потоком основных полюсов, создаст результирующий поток. За счет потока якоря набегающий край полюса будет размагничиваться, а сбегающий край полюса намагничиваться, рис. 20. Физическая нейтраль у генератора будет сдвигаться по ходу вращения якоря. Она перпендикулярна результирующему потоку.
рис. 18 рис. 19 рис. 20
Реакция якоря у двигателя противоположна генератору.
Генератор Двигатель
При одинаковом направлении вращения якоря, независимо от режима работы, направление ЭДС в якоре одинаково. В двигательном режиме ток якоря направлен встречно ЭДС, поэтому реакция якоря двигателя противоположна генератору, т.е. набегающий край полюса будет намагничиваться, а сбегающий край полюса размагничиваться.
Рассмотрим намагничивающую силу реакции якоря, магнитную индукцию якоря и результирующую индукцию на полюсном делении.
Для рассмотрения намагничивающей силы реакции якоря введем понятие о линейной нагрузке якоря – ток приходящийся на единицу длины окружности якоря.
Путем введения этой величины можно условно заменить зубчатый якорь гладким, у которого линейная нагрузка равномерно распределена по всей поверхности. У реального якоря ток находится только в пазах, что осложняет расчет.
По закону полного тока следует, что намагничивающая сила по замкнутому контуру равна полному току, который охватывается этим контуром, а полный ток на данной длине определяется линейной нагрузкой.
Поэтому намагничивающая сила реакции якоря — линейный закон.
При , ; , .
Определим закономерность индукции якоря. — линейный закон сохраняется под полюсами, а между полюсами за счет большого сопротивления воздуха кривая индукции имеет провал. (), рис. 21. При холостом ходе индукция
рис.21 имеет вид близкий к трапеции.
Результирующая кривая индукции имеет искаженный характер, т. е. набегающий край полюса размагничивается, а сбегающий намагничивается. Щетки установлены на нейтрали. Реакция якоря при этом будет поперечная, рис. 22.
рис.22 рис.23 рис.24
Если щетки установить вдоль полюсов, реакция якоря будет продольно размагничивающая, рис. 23. Если щетки генератора сдвинуть на дугу () по направлению вращения то реакцию якоря можно разложить по осям, рис. 24.
, ,
где: — поперечная ось
Продольная ось.
Поперечная намагничивающая сила искажает магнитный поток, а продольная размагничивает.
Реакция якоря влияет на все характеристики генераторов постоянного тока.
7.Генератор независимого возбуждения
Свойства генератора определяются его характеристиками. 1.Характеристика холостого хода: , ,
Пунктирная — расчетная характеристика холостого хода.
Характеристика холостого хода позволяет судить о степени насыщения магнитной цепи. 2. Нагрузочная характеристика: , , .
Треугольник — характеристический. Катет — ток возбуждения, который идет на компенсацию реакции якоря.
3. Внешняя характеристика: , .
8.Генератор параллельного возбуждения
Генератор параллельного возбуждения – это генератор с самовозбуждением. Обмотка возбуждения питается от якорной цепи. Для того, чтобы генератор возбудился, необходимо выполнить ряд условий:
3. Сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического, т. е. .
Процесс самовозбуждения происходит при холостом ходе .
Процесс самовозбуждения происходит в следующем порядке: при включении асинхронного двигателя в сеть, якорь генератора начинает вращаться. Остаточный поток, пересекая проводники якоря, наводит в них . Под действием этой по обмотке возбуждения начинает протекать ток, который создает поток . Если этот поток направлен согласно с остаточным потоком, то общий поток возрастет, возрастает и наводимая в якоре. А это приведет к увеличению тока и потока и т. д.
Машина возбудится. Процесс возбуждения будет лавинообразным.
Третьим условием самовозбуждения является: , рис. 33.
Прямая — вольтамперная характеристика цепи возбуждения. . . Процесс возбуждения будет происходить по ступенчатой кривой до точки . Напряжение . Чем больше динамическая составляющая , тем быстрее идет процесс возбуждения. Если увеличить сопротивление , то машина возбудится до меньшего напряжения (точка ).
При дальнейшем увеличении вольтамперная характеристика будет касательной.
Сопротивление цепи возбуждения соответствующего касательной характеристике и есть критическое сопротивление. Начиная от этого сопротивления и дальше, машина не возбудится.
Характеристики генератора
Характеристика холостого хода имеет одностороннее возбуждение и имеет следующий вид.
2. Нагрузочная и регулировочная характеристики аналогичны генератору независимого возбуждения.
Обычно эту характеристику сравнивают с характеристикой генератора независимого возбуждения. Причины, которые уменьшают напряжение генератора параллельного возбуждения: 1. Падение напряжения в якорной цепи — .
2. размагничивающее действие реакции якоря.
3. с увеличением тока якоря уменьшается напряжение на зажимах якоря, а следовательно уменьшается ток возбуждения и поток т. е. , .
Режим короткого замыкания у генератора очень опасен, ток короткого замыкания достигает .
9.Генератор смешанного и последовательного возбуждения
Генератор последовательного возбуждения
Обмотка возбуждения у генератора включена последовательно с якорем. Ток возбуждения равен току якоря — .
При независимом возбуждении можно снять характеристику холостого хода. В обычной схеме, (рис. 34) можно снять только восходящую внешнюю характеристику. Генератор последовательного возбуждения не нашел практического применения.
Генератор смешанного возбуждения
Генератор смешанного возбуждения широко используется в промышленности. Обмотки возбуждения по потоку могут быть включены согласно, либо встречно, рис. 35.
1. Характеристика холостого хода , , .
При холостом ходе ток якоря равен нулю, поэтому обмотка возбуждения не создает потока. Следовательно, характеристика холостого хода аналогична генератору параллельного возбуждения.
2. Нагрузочная характеристика ,
Нагрузочная характеристика (3) для генератора параллельного возбуждения.
Нагрузочная характеристика (2) для генератора смешанного возбуждения при согласном направлении токов. Поэтому, последовательная обмотка играет роль компенсатора реакции якоря и характеристика (2) проходит выше характеристики холостого хода.
3. Внешняя характеристика , , .
У генератора смешанного возбуждения при различном соотношении и направлении потоков можно получить характеристики различного вида.
Если потребители находятся вдали от генератора, то обмотку возбуждения по току выполняют значительной, что дает повышенное напряжение с учетом падения напряжения в сети (характеристика 1). Для нормального режима используется характеристика 2.
Характеристика 3 – экскаваторная характеристика, которая получена при встречном включении обмоток.
4. Регулировочная характеристика , .
Регулировочные характеристики практически можно снять, соответственно внешним характеристикам 1 и 2.
Якоря . Электромагнитный момент .
10. Пуск двигателей постоянного тока
Двигатели постоянного тока широко используются в различных системах электропривода, где требуется широкий диапазон регулирования частоты вращения. Двигатель постоянного тока преобразовывает потребляемую электрическую энергию в механическую на валу, хотя машина постоянного тока обратима. Покажем принцип перевода генератора в режим двигателя, рис. 36.
Для генератора , откуда ток генератора .
С увеличением сопротивления ток уменьшается, следовательно, уменьшится и ток . При дальнейшем увеличении будет равна напряжению U
И ток генератора будет равен нулю. Далее с увеличением ток уменьшится, а, следовательно, уменьшится и . При этом и ток из сети сменит направление, а машина перейдет в двигательный режим. Уравнение равновесного состояния для двигателя: , , , тогда .
Получено уравнение скоростной характеристики двигателя постоянного тока. Уравнение моментов для двигателя записывается: .
Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока
Электрическая потребляемая мощность двигателем
Электромагнитная мощность
Механическая мощность
Потери в обмотке возбуждения
Общий ток из сети
.
Разделив уравнение на ток , получим
Откуда
Пуск двигателей постоянного тока
Уравнение равновесного состояния двигателя , откуда ток равен: .
При пуске двигателя ,следовательно и пусковой ток может быть больше номинального в раз. Это может привести к круговому огню на коллекторе и механической поломке двигателя. Поэтому, для ограничения пускового тока до используют пусковые реостаты, либо пусковые станции и ток при этом равен .
По мере разгона якоря в нем наводится, и ток якоря уменьшается. Поэтому, после разгона якоря пусковые сопротивления в цепи якоря выводятся. Схема контактного пуска представлена на рис. 38.
Временная диаграмма пуска двигателя представлена на рис. 39.
Пуск по пусковым характеристикам представлен на рис. 40.
Для пуска двигателей небольшой мощности используют пусковые реостаты. Схема пускового реостата представлена на рис. 41.
При пуске движок реостата находится в положении (1), после пуска в положении (2).
Реверсирование двигателя постоянного тока
Электромагнитный момент
Если изменить направление тока в якоре, то сила действующая на проводник с током изменит направление, а, следовательно, изменится и направление вращения рис. 42. К такому же результату приведет изменение полюсов (изменение направления тока обмотки возбуждения). Таким образом, для реверсирования необходимо либо изменить направление тока в якоре, либо изменить направление тока в обмотке возбуждения (изменить полюса). Если на входе двигателя изменить + на — , то поток и ток якоря изменят направление, а момент останется тем же как и направление вращения.
11. Двигатели параллельного возбуждения
Двигатели постоянного тока классифицируются в зависимости от способа соединения обмотки возбуждения с якорем:
1. Двигатели параллельного возбуждения
Принципиальная схема включения двигателя параллельного возбуждения представлена на рис. 43. Для пуска используется пусковой реостат (п. р.). Свойства двигателя определяются его характеристиками.
1.Скоростная характеристика, зависимость , ,
Скоростная характеристика при называется естественной, рис. 44. Если , то характеристика называется реостатной. Так как сопротивление якоря , как правило мало, то с увеличением тока якоря падение напряжения в якорной цепи мало и скорость уменьшается незначительно. Поэтому, естественная характеристика двигателя получается жесткой.
2.Моментная характеристика, зависимость , . На рис. 44. Представлена моментная характеристика, где
3.Механическая характеристика, зависимость скорости от момента, .
, определим ток якоря через момент, , откуда , это выражение подставим в исходное уравнение, получим механическую характеристику: , .
Механические характеристики при разных сопротивлениях представлены на рис. 45, где , т. е. механическая характеристика при также жесткая. Это определяет область использования этих двигателей (трансмиссии, вентиляторы, системы ГД для привода станков).
Условия устойчивой работы агрегата
Основное уравнение движения электропривода
.
Установившийся процесс, когда , , ,
Если , , .
Если , , .
условием устойчивой работы агрегата является: , точка будет соответствовать устойчивой работе агрегата.
4. Рабочие характеристики, это зависимость .
Обмотка возбуждения двигателя включена последовательно с якорем, рис. 45а. Ток якоря равен току возбуждения. Поэтому обмотка возбуждения имеет большое сечение и малое число витков. Последовательное соединение обмотки возбуждения является отличительной особенностью этого двигателя и влияет на вид характеристик. С увеличением тока якоря, увеличивается поток, скорость двигателя резко падает, т. е. получается мягкая скоростная характеристика, рис. 46.
1.Скоростная характеристика , . В общем виде, за счет насыщения, не имеет решение, аналитическое выражение скоростной характеристики можно получить только для ненасыщенной машины, когда , рис. 46.
Момент , при , , т. е. если ток нагрузки возрастает в 2 раза, то момент в 4 раза. Это условие и определяет область применения этих двигателей, т. е. используются там, где при пуске нужен большой пусковой момент (тяговый привод). Скоростная характеристика при , запишется: .
2. Моментная характеристика, , , при , , рис. 46.
3. Механическая характеристика, . Аналитическое выражение характеристики может быть записано при условии .
, , , если подставить ток в исходное уравнение, получим: , , где .
Общий вид механических характеристик представлен на рис. 47.
Двигатель последовательного возбуждения пойдет на разнос при работе его в холостую. Это может привести к механическим поломкам двигателя. Поэтому, минимальный ток двигателя должен быть не менее .
13. Двигатель смешанного возбуждения
Принципиальная схема включения двигателя представлена на рис. 48. В зависимости от того, какая из обмоток преобладает по потоку, двигатели подразделяются на две разновидности:
1)Двигатель параллельного возбуждения с добавочной, последовательной обмоткой. Характеристики такого двигателя приближаются к двигателю параллельного возбуждения, рис. 49. Характеристика (1), естественная. Характеристика (2) соответствует встречному включению потоков , при согласном включении, получаем характеристику (3).
2)Двигатель последовательного возбуждения с добавочной параллельной обмоткой. Характеристики такого двигателя приближаются к характеристикам двигателя последовательного возбуждения. Характеристика 4 — характеристика двигателя последовательного возбуждения, характеристика 5 — характеристика двигателя смешанного возбуждения, при этом, обмотки включаются только согласно. Такая характеристика имеет скорость идеального холостого хода и двигатель не пойдет в разнос при холостом ходе. У такого двигателя частота вращения и момент зависят от двух потоков. , откуда
А) Система генератор-двигатель (Г-Д).
Б) Тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д).
В) Широтно-импульсное регулирование.
А) Система Г-Д, рис.54.
Увеличивая ток возбуждения генератора i вг, возрастает поток Ф г и Е г, а следовательно увеличивается напряжение на якоре двигателя и скорость возрастает. Регулирование происходит плавно при малых потерях энергии.
Эта система используется при большой мощности двигателя (подъёмники, прокатные станы, экскаваторы и т.д).
Б) Тиристорный преобразователь-двигатель.
В системе Г-Д используется большое число машин, что увеличивает стоимость установки и снижает надежность.
Идея регулирования напряжения подводимого к двигателю заключается в том, что, изменяя длительность подключения двигателя ключом (К) к сети, изменяется среднее значение напряжения, рис. 56. В качестве ключа используются схемы на базе тиристоров или транзисторов.
Изменяя время импульса t и изменяется скважность ,
где t 4 — время импульса;
t п — время паузы.
Среднее значение U ср =U 0 e.
.
Как видим, изменяя среднее значение напряжения, можно регулировать частоту вращения двигателя. Эта система широко используется вместо контактакторно-резисторных систем.
При уменьшении потока частота вращения возрастает, рис 53.
Как правило, регулирование частоты вращения изменением потока производят в сторону увеличения. В сторону уменьшения регулирование мало эффективно из-за насыщения магнитной цепи.
16.Коммутация двигателя. Прямолинейная коммутация
При вращении якоря щетка попеременно замыкает секции якоря и в этой секции происходит изменение направления тока. А сама секция передается в другую параллельную ветвь, рис.57. Ток в секции меняется только под щеткой. Дадим определение коммутации:
Коммутацией называется процесс изменения направления тока в секции при переходе ее из одной параллельной ветви в другую.
При коммутации под щетками происходит очень сложный процесс, этот процесс протекает быстро (10 -2 ¸10 -5 сек.) и на него влияет много факторов. Мы будем исходить из классической теории коммутации. Разберем коммутацию в узком смысле, возьмем одну секцию и ширину щетки равную ширине коллекторной пластины.
На рис. 58 еще раз показан процесс коммутации. При положении щетки на пластине (1) ток в секции протекает по часовой стрелке, и секция относится к правой параллельной ветви. Затем при вращении якоря секция щеткой будет закорочена. В конце коммутации щетка будет расположена на пластине (2). Ток в секции сменит направление, и она перейдет в левую параллельную ветвь (показано пунктиром).
Процесс коммутации длится всего тысячные доли секунды. Такое быстрое изменение направления тока вызывает многие неприятности, в частности, искрение на коллекторе.
Искрение гостируется в специальной таблице:
Степень искрения: 1 — отсутствие искрения.
1 — слабое точечное искрение под небольшой частью щетки.
1 — слабое точечное искрение под большей частью щетки.
2 – искрение под всем краем щетки.
3 – значительное искрение под всем краем щетки с наличием крупных искр.
При нормальной коммутации степень искрения не должна превышать 1
Искрение определяется не только неудовлетворительной коммутацией, а также определяется механическими причинами, потенциальными неравномерностями. Механическое искрение определяется некачественной щеткой, при плохой обработке и
При изучении коммутации будем исходить из двух положений:
2. Удельное сопротивление контакта (переходное сопротивление единицы площади), будем принимать постоянным и не зависимым от плотности тока.
Закон изменения тока в коммутируемой секции
Время, в течение которого происходит смена направления тока в коммутируемой секции, называется периодом коммутации — Т к.
,
где к — число коллекторных пластин,
n — частота вращения якоря,
В ш — ширина щетки,
В к — коллекторное дел
Определение сопротивления якорной цепи двигателя. Расчет механических характеристик при номинальном напряжении на якоре
Страницы работы
Фрагмент текста работы
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Красноярский Государственный Аграрный Университет
Кафедра электроснабжения
Контрольная работа № 4
Машины постоянного тока
Вариант № 53
Выполнил: ст. гр. ЭТ-33
Гольцман Ю.В.
Проверил: преподаватель
Мещеряков
А.В.
Красноярск 2004
Контрольная работа № 4
Машины постоянного тока
Вариант № 53
1.
Начертить электрическую схему
соединения обмоток двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
2.
Приближенно определить
сопротивление якорной цепи двигателя.
3.
Рассчитать рабочие характеристики
по техническим данным двигателя. Начертить графики рабочих характеристик.
4.
По заданному значению пускового
тока или момента определить сопротивление пускового реостата.
5.
Рассчитать естественную
механическую характеристику и искусственные
(реостатные) механические характеристики при добавочных сопротивлениях,
последовательно включенных в цепь якоря. Начертить графики характеристик.
6.
Рассчитать механические
характеристики при номинальном напряжении на якоре и ослаблении магнитного
потока на 20% и 40%. Начертить графики характеристик.
Технические данные двигателя постоянного тока
Номинальные |
Число полюсов |
Сопротивления |
||||
напряжение |
мощность |
частота вращения |
КПД |
якорной цепи |
обмотки возбуждения |
|
220 |
22,0 |
1000 |
0,82 |
4 |
0,181 |
77,6 |
Приближенное определение
сопротивления якорной цепи двигателя
Номинальная мощность, потребляемая двигателем из
сети
где
-номинальная механическая мощность на валу
двигателя, кВт
-номинальный КПД, о.е.
Суммарные потери
мощности в двигателе при номинальной нагрузке
Номинальный
ток двигателя
где
-номинальное напряжение, В
Номинальный
ток возбуждения
где
-сопротивление обмотки возбуждения, Ом
Номинальный
ток якоря
Приближенно
считаем, что электрические потери мощности в
якорной цепи двигателя с параллельным возбуждением составляют половину
суммарных потерь мощности в двигателе
Сопротивление
якорной цепи двигателя
Рабочие характеристики двигателя , при
Номинальная угловая
механическая скорость вращения якоря
где —
номинальная частота вращения якоря, об/мин
Произведение конструктивной постоянной машины Се
на номинальный магнитный поток Фн
Угловая механическая скорость вращения якоря при «идеальном»
холостом ходе
Номинальный,
полезный момент на валу
Электрические потери мощности в якорной цепи
двигателя при номинальной нагрузке
Потери мощности при холостом ходе двигателя
Потери мощности в обмотке возбуждения при
номинальном токе возбуждения
Момент холостого
хода двигателя
Электромагнитный
момент
Ток якоря двигателя
где при расчётах в системе СИ.
Угловая
механическая скорость вращения якоря
Частота вращения
якоря
Полезная механическая мощность на валу
Электрические
потери мощности в якорной цепи
Электрическая
мощность, потребляемая двигателем из сети
Ток, потребляемый двигателем из
сети
КПД двигателя
Результаты расчёта рабочих характеристик
0 |
0,25 |
0,5 |
0,75 |
1,0 |
1,25 |
|
0 |
52,55 |
105,09 |
157,6 |
210,19 |
262,74 |
|
14 |
66,66 |
119 |
171,75 |
224 |
276,85 |
|
7,44 |
35,16 |
62,88 |
90,59 |
118 |
146 |
|
115,33 |
112,68 |
110,04 |
107,39 |
104,74 |
102,09 |
|
1101,86 |
1076,58 |
1051,29 |
1026,02 |
1000,74 |
975,46 |
|
0 |
5,92 |
11,56 |
16,93 |
22,02 |
26,83 |
|
0,01 |
0,224 |
0,716 |
1,485 |
2,533 |
3,859 |
|
2,27 |
8,41 |
14,54 |
20,68 |
26,81 |
32,95 |
|
10,32 |
34,21 |
66,09 |
93,98 |
121,87 |
149,75 |
|
0 |
0,704 |
0,795 |
0,819 |
0,821 |
0,814 |
График зависимостей I, M2 = f (P2)
График зависимости Р1 = f (Р2)
График зависимости h = f (P2
)
График зависимости n = f (P2)
Определение сопротивления пускового реостата
Сопротивление пускового реостата, если задан пусковой
ток якоря
Механические характеристики двигателя при различных
добавочных сопротивлениях в цепи якоря
Частота вращения «идеального» холостого хода двигателя
Угловая механическая скорость вращения при
номинальном моменте на валу
где -номинальный
электромагнитный момент двигателя (Нм) при
Соответствующая
частота вращения якоря
104,74 |
70,86 |
36,976 |
|
1000,738 |
677,008 |
353,277 |
Механические характеристики при разных добавочных
сопротивлениях в цепи якоря двигателя: 1 – естественная (RЯД=0); 2,3 – искусственные реостатные при RЯД1= 3RЯ и RЯД2= 6RЯ.
Механические характеристики при ослаблении магнитного
потока двигателя.
При уменьшении магнитного
потока в двигателях параллельного возбуждения увеличивается механическая
угловая скорость вращения якоря при «идеальном» холостом ходе
где К – коэффициент, учитывающий отношение
магнитного потока после его уменьшения по отношению к номинальному, о.е.
Частота вращения якоря при «идеальном» холстом ходе
Соответствующую второй точке механической
характеристики угловую механическую скорость вращения якоря определим по
формуле механической характеристики при номинальном моменте на валу М2Н
где
-номинальный электромагнитный момент
двигателя (Нм) при .
Частота вращения якоря
К=1 |
К=0,8 |
К=0,6 |
|
116 |
145,048 |
193,397 |
|
1108,6 |
1385,809 |
1847,746 |
|
104,7 |
127,4 |
162,024 |
|
1000,738 |
1217,2 |
1547,996 |
Механические характеристики при разных значениях
магнитного потока: 1 – естественная (Ф=ФН, к=1); 2,3 – искусственные
при ослабленном магнитном
Похожие материалы
- Асинхронные машины. Расчет трехфазных асинхронных двигателей
- Инструкция по эксплуатации выключателей ВМП(Э)-10
- Расчет параметров уточнённой Г–образной схемы замещения асинхронного двигателя. Расчет рабочих и пусковых характеристик
Информация о работе
Содержание главы
- Машины постоянного тока
- Генераторы постоянного тока
- Двигатели постоянного тока
Примеры решений задач
Данные примеры задач, относятся к предмету «Электротехника».
Задача #4821
Условие:
Генератор постоянного тока П51 с параллельным возбуждением имеет следующие паспортные данные: мощность Pном = 5 кВт, напряжение Uном = 230 В, частота вращения nном = 1450 об/мин, сопротивление цепи якоря Rя = 0,635 Ом, сопротивление обмотки возбуждения Rв = 91 Ом, магнитные и механические потери Pх = 0,052 от номинальной мощности. Определить номинальный ток обмотки якоря, ЭДС обмотки якоря при номинальном режиме, потери электрические, сумму потерь, потребляемую (механическую) мощность, КПД при номинальном режиме работы.
Решение:
Задача #4822
Условие:
Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением имеет следующие паспортные данные: число пар полюсов p = 2, число витков якоря w = 124, число пар параллельных ветвей a = 2, сопротивление обмотки якоря Rя = 0,04 Ом, ток обмотки возбуждения Iя = 2,0 А, частота вращения nном = 2850 об/мин, ЭДС в номинальном режиме Eном = 234,4 В, номинальный ток Iном = 108 А, КПД η = 89 %.
Определить мощности электромагнитную, потребляемую и на выводах генератора, сумму потерь, потери электрические, добавочные, механические и магнитные, напряжение при холостом ходе- генератора.
Решение:
Задача #4823
Условие:
Двухполюсный генератор постоянного тока с параллельным возбуждением имеет сопротивление цепи якоря Rя = 0,155 Ом, одну пару параллельных ветвей, N = 500 активных проводников, магнитный поток Φ = 1,97 × 10—2 Вб, частоту вращения якоря nном = 1450 об/мин. При номинальном токе в цепи нагрузки Iном = 50 А и токе возбуждения I = 1,7 А КПД η = 0,8
Определить напряжение на зажимах генератора при номинальной нагрузке, электромагнитный момент, подводимую к генератору мощность при номинальной нагрузке и сумму потерь.
Решение:
Задача #4824
Условие:
Генератор постоянного тока с независимым возбуждением должен использоваться в системе генератор — двигатель для регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока П12.
Используя данные предыдущей задачи, выбрать генератор для регулирования частоты вращения двигателя П12. Определить пределы регулирования частоты вращения от максимального до минимального значения при холостом ходе и номинальном вращающем моменте.
Решение:
Задача #4825
Условие:
Генератор независимого возбуждения имеет следующие номинальные параметры: Pном = 10 кВт; Uном = 115 В; nном = 145 об/мин; рабочее сопротивление цепи якоря Rя = 0,052 Ом; сопротивление цепи возбуждения Rв = 120 Ом. Определить потери в генераторе, его КПД и необходимый момент приводного двигателя, если механические и магнитные потери составляют ΔРном = 5%Рном, а ток возбуждения Iвн = 3%Iя ном.
Решение:
Задача #4826
Условие:
Генератор постоянного тока независимого возбуждения имеет следующие номинальные параметры: Pном = 10 кВт; Uном = 110 В ; Rном = 1450 об/мин; рабочее сопротивление якоря Rя = 0,05 Ом. Определить номинальные токи потребителя и цепи возбуждения, если Iв ном = 5%Iя ном. Чему равны ЭДС в номинальном режиме работы и электромагнитный момент генератора?
Решение:
Задача #4827
Условие:
U,В200150100500500100015002000250030003500Iя,А
Генератор параллельного возбуждения имеет следующие данные: Uном = 230 В; Iя ном = 780 А; Iв ном = 4,5 А и Rя = 0,018 Ом. Построить внешнюю характеристику генератора в режимах от холостого хода до короткого замыкания.
Решение:
Задача #4831
Условие:
Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением подключен к сети с напряжением U = 110 В и потребляет ток Iном = 50,5 А. Сопротивление обмотки якоря и добавочных полюсов Rя = 0,21 Ом, сопротивление обмотки возбуждения Rв = 62 Ом, номинальная частота вращения nном = 1000 об/мин, КПД η = 81 %. Определить сумму потерь, потери электрические, дополнительные, механические и магнитные, ток при максимальном КПД, максимальный КПД.
Решение:
Задача #48310
Условие:
M,Н∙мIя,А5004003002001000306090120150180210240270
Двигатель параллельного возбуждения имеет следующие номинальные параметры: Uном = 110 В; Rя ном = 0,012 Ом; nном = 600 об/мин; Iя ном = 500 А. Определить вращающий момент двигателя при токе Iя = 300 А и постоянном напряжении U = 100 В. Построить рабочую характеристику М = f(I) в пределах от 9 до 1,5Iном.
Решение:
Задача #48311
Условие:
3006009001200n, об/мин0200300400500600700800900Iя,А
Двигатель последовательного возбуждения имеет следующие номинальные параметры: Uном = 220 В; Iя ном = 600 А; Rя = 0,05 Ом; nном = 600 об/мин. Определить частоту вращения двигателя при токе I = 360 А и при постоянном напряжении 100 В. Построить рабочую характеристику n(I) в пределах от 100 до 900 А.
Решение:
Задача #48312
Условие:
250500750100001234567Iв,Аn, об/мин
Двигатель постоянного тока имеет следующие параметры: Uном = 220 В; Iя ном = 600 А; Iв ном = 5 А; nном = 600 об/мин; Rя = 0,05 Ом. Определить частоту вращения двигателя при параллельном возбуждении и при токе Iв = 1,5Iв ном. Построить регулировочную характеристику n = f(Iв) в пределах от 1 до 8 А при U = Uном.
Решение:
Задача #4832
Условие:
Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет следующие паспортные данные: напряжение Uном = 220 В, ток Iном = 43 А, частота вращения nном = 1000 об/мин, номинальный ток возбуждения Iв = 1,5 А, сопротивление цепи якоря Rя = 0,03 Ом. Определить частоту вращения якоря, если напряжение, подведенное к обмотке якоря, понизится до 200 В, а вращающий момент на валу двигателя и ток возбуждения при этом останутся неизменными.
Решение:
Задача #4833
Условие:
Четырехполюсный двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением работает от сети с напряжением U = 220 В и потребляет ток Iном = 102 А. Число проводников в обмотке якоря N = 600, число пар параллельных ветвей a = 2, магнитный поток Φ = 1,4 × 10—2 Вб, сопротивление обмотки якоря Rя = 0,1 Ом, ток обмотки возбуждения Iв = 2 А.
Определить ЭДС обмоток якоря, номинальную частоту вращения, номинальный вращающий момент, КПД, сопротивление пускового реостата при пусковом токе Iп = 3Iном, пусковой ток при отсутствии пускового реостата.
Решение:
Задача #4834
Условие:
На табличке-паспорте двигателя постоянного тока указаны следующие паспортные данные: тип двигателя П22, номинальный режим работы — продолжительный, номинальная мощность Pном = 1 кВт, номинальное напряжение Uном = 110 B, номинальная частота вращения nном = 1500 об/мин, система возбуждения — параллельная, КПД η = 76 %. Кроме того, известно сопротивление цепи обмотки якоря Rя = 0,88 Ом и обмотки возбуждения Rв = 166 Ом.
Определить номинальный вращающий момент, мощность, потребляемую двигателем из сети, потребляемый ток, ток в обмотках якоря и возбуждения, ток в обмотке якоря при коротком замыкании (при пуске), пусковой ток и сопротивление пускового реостата при условии Iп = 2,5Iном, потери при холостом ходе и ток двигателя при холостом ходе.
Решение:
Задача #4835
Условие:
Определить частоту вращения двигателя постоянного тока П12 при холостом ходе и номинальной нагрузке, если известно, что регулирование производилось за счет изменения сопротивления в цепи возбуждения и магнитный поток имел три значения: 1) Φном; 2) Φ1 = 0,8Φном; 3) Φ2 = 0,5Φном.
Паспортные данные двигателя: Pном = 1 кВт; Uном = 220 В; nном = 3000 об/мин; Iя ном = 5,6 А; Rя = 2,0 Ом, η = 77 %.
Решение:
Задача #4836
Условие:
Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением включен в сеть с напряжением U = 220 В и при номинальном вращающем моменте Mном = 101,7 Н × м развивает частоту вращения nном = 750 об/мин; КПД двигателя η = 75 %. Сопротивления: обмотки якоря Rя = 0,443 Ом, обмотки возбуждения Rв = 0,197 Ом, пускового реостата Rп = 1,17 Ом.
Определить номинальную, потребляемую и электромагнитную мощности, вращающий момент при пуске, если соответствующее увеличение тока приводит к увеличению магнитного потока в 1,2 раза.
Решение:
Задача #4837
Условие:
Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением работает при напряжении на зажимах U = 110 В и токе Iном = 24 А. Якорь двигателя вращается с частотой nном = 1500 об/мин и развивает на валу вращающий момент M = 14,0 Н × м. Общее сопротивление обмоток якоря и возбуждения Rобщ = 0,35 Ом. Определить электромагнитную, полезную и потребляемую мощности, электрические, магнитные и механические потери. Как изменяются потребляемый ток, магнитный поток, частота вращения, потребляемая мощность и КПД при понижении подводимого напряжения до 90 В и при неизменном вращающем моменте на валу?
Решение:
Задача #4838
Условие:
Шестиполюсный двигатель постоянного тока смешанного возбуждения работает от сети с напряжением U = 220 В и вращается с частотой n = 1000 об/мин. Двигатель рассчитан на номинальный ток Iном = 13,3 А, КПД η = 75,2%, сопротивление цепи якоря Rя = 1,65 Ом, сопротивление параллельной обмотки возбуждения Rв = 183 Ом, имеется три пары параллельных ветвей и 240 проводников обмотки якоря. Определить магнитный поток, вращающий момент на валу двигателя, электромагнитную, потребляемую и номинальную мощности.
Решение:
Задача #4839
Условие:
Двигатель постоянного тока независимого возбуждения имеет следующие номинальные параметры: Pном = 130 кВт; Uном = 220 В, n = 600 об/мин; η = 92 %; R» = 0,01 Ом; CM = 65. Определить номинальный ток якоря, ЭДС и вращающий момент двигателя, магнитный поток одного полюса и электромагнитную мощность.
Решение: