В режиме электродвигателя.

Если податъ на зажимы машины постоянного тока напряжение от внешнего источника, то в цепи якоря потечет ток. Работа двигателя основана на принципе движения проводники с током в магнитном поле.

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует электромагнитная сила

Fпр = ВсрIпрl,

где В_ср – среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре машины, Iпр - ток протекающий в проводниках обмотки якоря, l - длина проводника.

Направление этой силы определяется по правилу левой руки. Сила действует по касательной к ротору и создает электромагнитный момент под действием которого ротор начинает вращаться, совершая механическую работу. Его величина определяется:

М = С_МФIя

где: См -конструктивная постоянная машины при определении момента, Ф - магнитный поток полюса, Iя – ток в обмотке якоря.

Чем больше потребляемый ток от внешнего источника, тем больше развивае­мый машиной момент. Таким образом, чтобы преодолеть сопро­тивление механической нагрузки на валу, двигатель должен по­треблять электроэнергию от внешнего источника. В проводниках обмотки якоря, вра­щающихся в магнитном поле, индуктируется ЭДС:

Епр = B_cplv,

где - В_ср – среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре машины, l - длина проводника, v- линейная скорость движения проводника якоря. Направление этой ЭДС определяется по правилу правой руки.
Сравнивая направление тока и ЭДС, видим, что ЭДС направлена встречно току, поэтому часто она называется противо-ЭДС. Таким образом, приложенное к зажимам якоря двигателя напряжение равно сумме противо-ЭДС и падения на­пряжения на внутреннем сопротивлении якоря

U = Е + IяRя.

Из рассмотренного видно, что одна и та же машина посто­янного тока может работать как генератором, так и двигателем. Это свойство электрических машин называется обратимостью.

 

 

28. Генератор постоянного тока с независимым возбуждением, его характеристики.

Рис.9.6.

рис. 9.8.

 

Рис. 9.7

 

 

На рис.9.6 приведена схема генератора с независимым возбуждением. В генераторах с независимым возбуждением обмотка статора питается от постороннего источника постоянного тока: аккумуляторной батареи или генератора

постоянного тока. Рассмотрим основные характеристики генераторов с независимым возбуждением.

1. Характеристика холостого хода (рис.9.7) представляет графическое выражение зависимости ЭДС генератора от силы тока возбуждения Е = f (Iв) при выключенной внешней цепи Iн = 0 и n = const. При отсутствии тока в обмотках возбуждения Iв = 0ЭДС генератора обусловлена магнитным полем остаточного магнетизма статора, что

показано отрезком Оа. Увеличение силы тока в обмотках возбуждения вызывает увеличение магнитного потока статора, что влечет за собой рост ЭДС генератора (участок ab), так какЕ = С_ЕnФ, и магнитный поток зависит от тока возбуждения Ф = f (Iв) Дальнейшее увеличение силы тока в обмотках статора приводит к магнитному насыщению сердечников (отрезок bс) и не дает заметного увеличения магнитного потока генератора. Генераторы всегда должны работать в области магнитного насыще­ния, тогда небольшое колебание силы тока в цепи возбуждения не приводит к резкому изменению ЭДС генератора.

2. Внешняя характеристика генератора (рис.9.8) представляет графическое вы­ражение зависимости напряжения на зажимах генератора от силы тока нагрузки U = f(I_H)при постоянном сопротивлении цепи воз­буждения Rв = const,и постоянной частоте вращения n = const.

При увеличении нагрузки, а значит, уменьшении Rн, сила тока в на­грузке увеличивается, а напряжение на зажимах генератора снижается. Это происходит из-за увеличения падения напряжения на внутреннем сопротивлении цепи якоряUн = Е - IяRя.

При нагрузках, близких к номинальным, внешняя характеристика имеет вид прямой. При но­минальной нагрузке напряжение генератора на 5-10% меньше напряжения холостого хода.

3. Регулировочная характеристика. Эта характеристика показывает как нужно изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным. Так как напряжение на зажимах генератора при увеличении нагрузки уменьшается, то по мере увеличения нагрузки необходимо увеличивать ток возбуждения, что приводит к увеличению магнитного потока, а следовательно и к увеличению ЭДС генератора.

Генератор с независимым возбужде­нием применяется тогда, когда необхо­димо регулирование напряжения от нуля до номинальной величины, а также изменения знака напряжения (в приводах экскаваторов, прокатных станов, системах автоматического ре­гулирования и т.д.).

 

29. Генератор постоянного тока с па­раллельным возбуждением, его характеристики.

В генера­торе с параллельным возбуждением питание обмотки возбуждения осуще­ствляется от самого генератора (рис.9.9). Ток якоря равен сумме токов во внешней цепи и в цепи воз­буждения Iя =Iн + Iв. В обмотку возбуждения ответвляется 2-З% тока якоря поэтому для создания необходимого магнитного потока она имеет большое число витков.

Рассмотрим основные характеристики генератора параллельного возбуждения.

1. Характеристика холостого хода Е = f(I_B)аналогична ха­рактеристике холостого хода генератора с независимым возбуж­дением. Ток возбуждения генератора составляет от 1 до 5% от номинального тока якоря.

2. Внешняя характеристика генератора (рис.9.10) представляет графическое выражение зависимости напряжения на зажимах

Рис.9.9.

генератора от силы тока нагрузки U = f(I_H).

Рис.9.10.

 

 

Из равенства Uн = Е – IяRявидно, что увеличение силы тока в нагрузке приводит к увеличению тока якоря, что приводит к увеличению падения напряжения в обмотке якоря (IяRя) и уменьшению напряжения на зажимах генератора.

Дальнейшее увеличение нагрузки ведет к значительному уменьшению напряжения на зажимах генератора, а значит и к значительному уменьшению тока в обмотке возбуждения Iв(уменьшению магнитного потока) генератора. Генератор выходит из области магнитного насыщения статора и ЭДС генератора уменьшается (Е = С_Е n Ф). Таким образом уменьшение напряжения на зажимах генератора при увеличении нагрузки вызывают следующие причины:

1. При увеличении нагрузки увеличивается потеря напряжения в обмотке якоря.

2. При увеличении нагрузки усиливается размагничивающее действие реакции якоря.

3. Третья причина является следствием двух первых. Уменьшение напряжения вызванное двумя первыми причинами приводит к уменьшению тока возбуждения (магнитного потока), а следовательно к уменьшению ЭДС и еще большему уменьшению напряжения на зажимах генератора. У генераторов параллельного возбуждения процентное изменение напряжения при переходе от режима холостого хода к номинальной нагрузке составляет 25-30%.