Электрические машины постоянного тока

После изучения данного раздела студент должен:

1) знать основные конструктивные элементы машин постоянного тока: статор, обмотка статора, якорь, обмотка якоря; термины: щеточно-коллекторный узел, геометрическая и физическая нейтрали, реакция якоря, коммутация, противо э.д.с.; классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения; внешние характеристики генераторов постоянного тока всех способов возбуждения; механические характеристики двигателей постоянного тока всех способов возбуждения; способы пуска двигателей постоянного тока; способы регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока;

2) понимать значение основных конструктивных элементов машин постоянного тока; принцип действия генератора и двигателя постоянного тока; уравнения электрического состояния генератора и двигателя постоянного тока; назначение пусковых и регулировочных сопротивлений; энергетические диаграмма генератора и двигателя постоянного тока;

3) уметь включать в сеть, регулировать скорость и реверсировать двигатель постоянного тока; отличать по внешнему виду машину постоянного тока от других типов электрических машин; ориентироваться в паспортных данных машины и определять номинальный момент; выбирать двигатель применительно к заданным техническим условиям.

Изучение электрических машин постоянного тока надо начинать с их принципа работы и устройства. Учитывая, что машина постоянного тока обратима, т.е. может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, изучение таких вопросов, как коллектор, реакция якоря, электромагнитный момент, возбуждение и ряд других, необходимо рассматривать в сопоставлении для обоих режимов. Очень важно правильно понимать связь между напряжением на зажимах машины U, ее э.д.с. Е и падением напряжения в обмотке якоря для генераторного и двигательного режимов:

для генератора

для двигателя

Изучая работу машин постоянного тока в режиме двигателя, надо обратить особое внимание на пуск, регулирование скорости вращения и вращающий момент двигателя, а в режиме генератора - на самовозбуждение. Характеристики генераторов и двигателей дают наглядное представление об эксплуатационных свойствах электрических машин.

Рассмотрим несколько примеров решения задач.

Задача 1. Дан генератор параллельного возбуждения с номинальными данными: =230 В и скорость вращения 2860 об/мин. сопротивление обмотки якоря =0,75 Ом, сопротивление цепи возбуждения = 154 Ом, механические и магнитные потери составляют 4% от номинальной мощности генератора. Определить момент на валу первичного двигателя.

Решение. Номинальный ток нагрузки

Ток возбуждения

Ток якоря при номинальной нагрузке

Э.д.с. генератора

Потери в обмотке якоря и в цепи возбуждения:

Сумма механических и магнитных потерь

Суммарные потери при номинальной нагрузке

Мощность на валу первичного двигателя

К.п.д. генератора при номинальной нагрузке

Момент на валу первичного двигателя при номинальной нагрузке генератора

Задача 2. Двигатель параллельного возбуждения, присоединенный к сети с напряжением =220 В, потребляет при номинальной нагрузке ток =20,5 А, а при холостом ходе - =2,35 А. Сопротивление обмотки якоря 0,75 Ом, а в цепи возбуждения =258 Ом. Номинальная скорость вращения =1025 об/мин. Определить номинальную мощность двигателя (на валу), номинальный к.п.д. номинальный вращающий момент, пусковой ток при пуске двигателя без пускового реостата, сопротивление пускового реостата для условий и пусковой момент при пуске двигателя с реостатом. При решении принять, что магнитные и механические потери не зависят от нагрузки.

Решение. Номинальная мощность на валу двигателя

где - потери в двигателе; - потребляемая мощность:

Для определения потерь в цепи якоря и цепи возбуждения надо знать ток в цепи якоря и ток возбуждения :

Потери в обмотке якоря и в цепи возбуждения:

Магнитные и механические потери:

где - потребляемая мощность при холостом ходе двигателя:

Номинальный к.п.д.

Номинальный вращающий момент

Пусковой ток двигателя при пуске без реостата

Сопротивление пускового реостата определяется из равенства

откуда

Определяем пусковой момент двигателя при пуске с реостатом. Известно, что вращающий момент двигателя определяется уравнением

(18)

Для режима номинальной нагрузки выражение (18) принимает вид

а для пускового режима

Полагая магнитный поток в двигателе постоянным, возьмем отношение моментов

откуда

Задача 3. Двигатель последовательного возбуждения работает от сети напряжением 220 В. Номинальный вращающий момент двигателя и номинальная скорость вращения соответственно равны , =1020 об/мин, сопротивления обмоток якоря и возбуждения 0,4 Ом, 0,3 Ом. Номинальный к.п.д. Определить: 1) мощность на валу двигателя и мощность, потребляемую из сети при номинальной нагрузке; 2) ток двигателя; 3) противо-э.д.с. и электромагнитную мощность (мощность, передаваемую на якорь); 4)потери в двигателе при номинальной нагрузке и сопротивление пускового реостата, при котором пусковой ток превышает номинальный в 2 раза.

Решение. Номинальная мощность двигателя

Потребляемая мощность

Номинальный ток двигателя

Полученный ток является током обмотки якоря и обмотки возбуждения:

Противо-э.д.с., наводимая в обмотке якоря,

Электромагнитная мощность

Магнитные и механические потери

Потери в обмотке якоря и в обмотке возбуждения:

Суммарные потери в двигателе

Проверяем полученный результат:

Сопротивление пускового реостата