Меню

В витках обмотки якоря генератора постоянного тока индуктируется эдс

Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация

На заре электрификации генератор постоянного тока оставался безальтернативным источником электрической энергии. Довольно быстро эти альтернаторы были вытеснены более совершенными и надёжными трехфазными генераторами переменного тока. В некоторых отраслях постоянный ток продолжал быть востребованным, поэтому устройства для его генерации совершенствовались и развивались.

Даже в наше время, когда изобретены мощные выпрямительные устройства, актуальность генераторов постоянного электротока не потерялась. Например, они используются для питания силовых линий на городском электротранспорте, используемых трамваями и троллейбусами. Такие генераторы по-прежнему используют в технике электросвязи в качестве источников постоянного электротока в низковольтных цепях.

Устройство и принцип работы

В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.

Принцип действия генератора постоянного тока

Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока

По мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.

Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e1 = Blvsinw t; e2 = -Blvsinw t; , где B магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t время, w t – угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.

При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinw t, а это значит, что изменение она подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.

График тока, выработанного примитивным генератором

Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генератором

Такой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.

Ротор генератора

Рис. 3. Ротор генератора

Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.

И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.

Конструкция двигателя (он же генератор) понятна из рисунка 4. Неподвижный статор состоит из двух сердечников полюсов, состоящих из ферримагнитных пластин, и обмоток возбуждения, соединённых последовательно. Щётки расположены по одной линии друг против друга. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.

Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

  • устройства с параллельным возбуждением;
  • альтернаторы с последовательным возбуждением;
  • устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Читайте также:  Бокс для трансформатора тока

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

  • зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
  • характеристики внешних параметров;
  • регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

Внешняя характеристика ГПТ

Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.

Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.

Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.

Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

Применение

До недавнего времени использование тяговых генераторов постоянного тока на ж/д транспорте было безальтернативным. Однако уже начался процесс вытеснения этих генераторов синхронными трёхфазными устройствами. Переменный ток, синхронного альтернатора выпрямляют с помощью выпрямительных полупроводниковых установок.

На некоторых российских локомотивах нового поколения уже применяют асинхронные двигатели, работающие на переменном токе.

Похожая ситуация наблюдается с автомобильными генераторами. Альтернаторы постоянного тока заменяют асинхронными генераторами, с последующим выпрямлением.

Пожалуй, только передвижные сварочные аппараты с автономным питанием неизменно остаются в паре с альтернаторами постоянного тока. Не отказались от применения мощных генераторов постоянного тока также некоторые отрасли промышленности.

Видео по теме

Источник

ЭДС обмотки якоря в машине постоянного тока.

ЭДС обмотки якоря в машине постоянного тока.

При выводе формулы ЭДС будем исходить из прямоугольного расположения индукции в зазоре, при этом магнитная индукция на участке расчетной полюсной дуги biiτравна Bδ, а за ее пределами равна 0 и в проводниках, расположенных за пределами bi, ЭДС не наводится. Это эквивалентно уменьшению общего числа пазовых проводников в обмотке якоря до значения NiiN.

При вращении якоря машины в направлении по часовой стрелке в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, направление которой может быть определено по правилу правой руки. Значение индуктируемой в проводнике ЭДС , где В — магнитная индукция; / — активная длина проводника; v – линейная скорость перемещения проводника. Полная ЭДС якоря рассматриваемой машины равна . ЭДС Eg является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках меняется. Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в обмотке возникает переменный ток, а во внешней цепи — постоянный. Это объясняется тем, что под верхней щеткой всегда находится пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой — пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными. Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток внешней цепи.

Значение ЭДС обмотки якоря зависит от ширины секции. Наибольшее значение ЭДС соответствует полному шагу, т.к. в этом случае с каждой секцией сцепляется весь основной магнитный поток.

Читайте также:  Характеристика электрического тока в сети

Значение ЭДС обмотки якоря равно

где N — число эффективных проводников обмотки якоря; 2а — число параллельных ветвей, -Среднее значение ЭДС, индуктируемой в одном проводнике обмотки якоря.

Подставив в выражение для Eа, получим

или где

Магнитная цепь машин постоянного тока.

Магнитная цепь машины предназначена для создания и распределения магнитного поля в воздушном зазоре и состоит из главных полюсов, сердечника якоря, воздушного зазора между полюсами и якорем и ярма (станины). В зависимости от числа главных полюсов магнитная система может быть двух- , четырех- , шестиполюсной и т.д. Распределение магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре характеризуется кривой В (α) , где α – дуга окружности якоря. Почти постоянное значение индукции В в воздушном зазоре необходимо для получения примерно постоянной ЭДС в проводниках, находящихся под полюсом, и оно обеспечивается специальной формой полюсных наконечников.

Линии симметрии m, n, делящие пространство между полюсами пополам, называются геометрическими нейтральными линиями, а линии, проходящие через точки, где В = 0, — физическими нейтральными линиями (в данном случае геометрическая и физическая нейтральные линии совпадают). Дуга между соседними нейтральными линиями называется полюсным делением. Она обозначается буквой τ и может выражаться в метрах, градусах, радианах, числе пазов и в других удобных для расчета единицах.

Основы расчёта магнитной цепи.

В основе расчета магнитной цепи лежат два закона:

1. закон непрерывности линий магнитной индукции

Или при охвате поверхностью S нескольких сечений магнитопровода

Этот закон аналогичен первому закону Кирхгофа для электрической цепи;

2. закон полного тока

Этот закон аналогичен второму закону Кирхгофа, так как интеграл по контуру l можно представить в виде суммы криволинейных интегралов на участках цепи, например от точки а к точке b, каждый из которых можно по аналогии с электрической цепью назвать магнитным напряжением

Энергетическая диаграмма

Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения изображена на рисунке 1. Первичная мощность P1 является электрической и потребляется из питающей сети. За счет этой мощности покрываются потери на возбуждения pв и электрические потери pэла = Iа² × Rа в цепи якоря, а оставшаяся часть составляет электромагнитную мощность якоря Pэм = Eа × Iа, которая превращается в механическую мощность Pмх. Потери магнитные pмг, добавочные pд, и механические pмх покрываются за счет механической мощности, а остальная часть этой мощности представляет собой полезную механическую мощность P2 на валу.

Аналогичные энергетические диаграммы, иллюстрирующие преобразование энергии в двигателе, можно построить и для других типов двигателей.

9.Характеристика холостого хода генератора постоянного тока

Характеристика холостого хода (х. х. х.) U = f (iв) при I = 0 и n = const определяет зависимость напряжения или электродвижущей силы (э. д. с.) якоря Eа от тока возбуждения при холостом ходе (I = 0, P2 = 0). Характеристика снимается экспериментально по схеме рисунка 1, а при отключенном рубильнике.

Рисунок 1. Схемы генераторов и двигателей независимого (а), параллельного (б), последовательного (в), смешанного (г) возбуждения (сплошные стрелки – направления токов в режиме генератора, штриховые – в режиме двигателя)

Рисунок 2. Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения

Снятие характеристики целесообразно начинать с максимального значения тока возбуждения и максимального напряжения U = (1,15 – 1,25) Uн (точка а кривой на рисунке 2). При уменьшении iвнапряжение уменьшается по нисходящей ветви аб характеристики сначала медленно ввиду насыщения магнитной цепи, а затем быстрее. При iв = 0 генератор развивает некоторое напряжениеU00 = Об (рисунок 2), обычно равное 2 – 3% от Uн, вследствие остаточной намагниченности полюсов и ярма индуктора. Если затем изменить полярность возбуждения и увеличить iв в обратном направлении, начиная с iв = 0, то при некотором iв

Источник

ЭДС, ИНДУЦИРУЕМАЯ В ОБМОТКЕ ЯКОРЯ

date image2020-04-12
views image204

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Приведенные ранее формулировки закона электро­магнитной индукции неудобны для практики, так как выражают ЭДС через переменные физические вели­чины, которые сравнительно трудно рассчитать и изме­рить (скорость изменения магнитного потока, скорость пересечения силовых линий, магнитная индукция). Поэтому, применяя логические рассуждения и извест­ные зависимости, ЭДС генератора выражают через магнитный поток возбуждения и частоту вращения машины.

Как указывалось, магнитная индукция распреде­лена по окружности якоря неравномерно (трапецеи­дальный закон распределения), что вызывает пульса­ции ЭДС в каждой секции. Однако при суммировании ЭДС большого числа секций обмотки якоря пульсации сглаживаются и на зажимах машины ЭДС имеет постоянное усредненное значение. Поэтому реальное магнитное поле машины можно заменить равномер­ным с одинаковым средним значением магнитной индукции по всей боковой поверхности якоря.

Среднее значение магнитной индукции равно отно­шению магнитного потока полюса к площади, которую он пронизывает:

где τ—полюсное деление; L—длина якоря, равная активной длине секции обмотки.

Введя обозначение τ = πD/(2p), где D — диаметр якоря, получим

Среднее значение ЭДС, индуцируемой в одном активном проводнике обмотки, определим по формуле закона электромагнитной индукции: Е1срLυ. Следо­вательно,

Линейная скорость движения проводников обмотки якоря в (м/с) υ = πDn/60 где D — диаметр якоря, м; n — частота вращения якоря, об/мин.

ЭДС генератора равна сумме ЭДС последова­тельно соединенных проводников, число которых равно числу всех проводников обмотки N, деленному число параллельных ветвей 2а:

Величину — называют постоянной генера­тора. Таким образом, Е = сЕФn, т. е. ЭДС генератора постоянного тока прямо пропорциональна частоте вращения якоря, магнитному потоку возбуждения и зависит от конструктивных особенностей машины, характеризуемых постоянной сЕ.

РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

В режиме холостого хода магнитное поле машины создается только обмоткой возбуждения (рис. 9.10, а). При подключении нагрузки через обмотку якоря про­ходит ток, который создает свое магнитное поле (рис. 9.10, б).

На рисунках кружками показаны сечения провод­ников обмотки возбуждения и обмотки якоря. Ток в проводнике, текущий за плоскость рисунка, помечен кружком с крестиком, а ток, направленный «к нам»,— кружком с точкой. Направления магнитных силовых линий определены по правилу буравчика.

Реально существующее в нагруженной машине магнитное поле следует рассматривать как результат наложения магнитных полей обмотки возбуждения и обмотки якоря (рис. 9.10, в).

Рис. 9.10. Реакция якоря в генераторе постоянного тока

Таким образом, магнитное поле машины, в котором движутся проводники обмотки якоря, создается не только обмоткой возбуждения, но и обмоткой якоря. При этом поле возбуждения стабильно, а поле якоря изменяется при изменении нагрузки машины.

Влияние магнитного поля якоря на поле возбужде­ния машины называют реакцией якоря.

Вследствие реакции якоря (рис. 9.10, в) симметрия магнитного поля машины нарушается. Происходит усиление магнитного потока под сбегающим краем полюса генератора и ослабление — под набегающим краем (якорь генератора вращается по часовой стрел­ке; следовательно, левый край северного полюса и правый край южного полюса «набегают» на якорь).

Читайте также:  Сила взаимодействия двух прямых параллельных токов формула

Вследствие насыщения участков магнитной цепи усиление магнитного потока под одним краем полюса оказывается относительно меньшим, чем ослабление магнитного потока под другим краем. Это приводит к тому, что среднее значение магнитного потока в наг­руженной машине становится меньше, чем в ненагруженной. Соответственно уменьшается и ЭДС, индуци­руемая в обмотке якоря.

Назовем геометрической нейтралью во­ображаемую линию, которая проходит строго посере­дине между полюсами и лежит в плоскости, разделя­ющей магнитную систему машины на две симметричные части. Аналогичную линию, проходящую через диаметрально противоположные точки окружности якоря, в которых магнитная индукция равна нулю, назовем физической нейтралью. Магнитная индукция равна нулю в тех точках, где магнитные силовые линии касаются окружности якоря (не входя в него), а физи­ческая нейтраль перпендикулярна магнитным силовым линиям.

В ненагруженной машине физическая нейтраль совпадает с геометрической.

В нагруженном генераторе (рис. 9.10, в) физи­ческая нейтраль mm’ поворачивается относительно геометрической нейтрали nn’ на угол α в сторону вращения якоря.

Мысленно представим себе, что на рис. 9.10 изобра­жен не генератор, а двигатель. Тогда при тех же направ­лениях токов в обмотках якоря и возбуждения ротор двигателя начал бы вращаться в другую сторону (против часовой стрелки), в чем нетрудно убедиться, применив правило левой руки. Правый край северного полюса и левый край южного полюса стали бы набе­гающими.

Следовательно, в нагруженном двигателе магнит­ный поток усиливается под набегающим краем полюса и ослабляется под сбегающим краем, а физическая нейтраль поворачивается на угол α против вращения якоря.

Источник



Электродвижущая сила обмотки якоря

Электродвижущая сила обмотки якоря При вращении якоря генератора или двигателя в магнитном поле в его обмотке будет наводиться э. д. с.

Магнитная индукция в различных точках на окружности якоря имеет разные значения, следовательно, различны и э. д. с, наводимые в отдельных проводах обмотки якоря. Электродвижущая сила машины, равная сумме э. д. с, наводимых в проводах любой из параллельных ветвей обмотки якоря, может быть определена через среднее значение э. д. с. провода, умноженное на число проводов ветви.

Если магнитный поток одного полюса — Ф, то при числе полюсов машины и поверхности якоря Sсреднее значение магнитной индукции на поверхности якоря

Вср = (Ф • 2р)/S = (Ф • 2р)/πdl

где d — диаметр якоря, а l — его длина.

Среднее значение э. д. с. в каждом из проводов при

скорости вращения якоря п об/мин

Eср = Всрlυ((Ф • 2р)/πdl) l ((πdn)/ 60) = Ф2р(n/60)

Обозначим число проводов обмотки якоря N, а число параллельных ветвей ее — 2a. Тогда в каждой параллель ной ветви обмотки якоря будет N/a последовательно соединенных проводов. Электродвижущая сила, наведенная в каждое параллельной ветви обмотки якоря, а следовательно, н э. д. с. машины

E = Ecp = 2p(n/60)(N/2a)Ф = (p/a)(n/60)NФ

Обозначив постоянную для данной машины величину N(p/(a•60)) через сЕ , получим :

Таким образом, э. д. с. машины пропорциональна маг нитному потоку и скорости вращения ее якоря.

Рис. 8-12. Поперечная реакция якоря. Рис. 8-13. Перераспределение магнитной индук ции от реакция якоря.

МОМЕНТ НА ВАЛУ МАШИНЫ

Независимо от того, в каком режиме работает машина — генератором или электродвигателем, на каждый провод якоря действует электромагнитная сила

Fпр = BcplI = (Ф2р/πdl)lI

где Bcp — среднее значение магнитное индукции; d и I — диаметр и длина якоря; Ф2р — полный поток многополюсной машины;

I=Iя/ 2а — ток одной параллельной ветви, т. е. одного провода.

Полная сила, действующая на N проводов якоря по касательной к окружности якоря.

Если машина работает генератором, момент будет тормозной (Мт); при работе ее электродвигателем момент будет вращающим (М в). Момент равен произведению тока якоря и потока машины.

МЕХАНИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электрическая машина преобразует механическую энергию в электрическую или электрическую в механическую. При этом механическая мощность

Так как F = 2M/d, a υ = ω(d/2) то

Рм = (2M/d )ω(d/2) = M ω

Подставляя сюда выражение для момента, получаем:

Таким образом, , развиваемая якорем машины механическая мощность равна ее электрической мощности, т.е. произведению электродвижущей силы и тока якоря. При работе машины генератором мощность EIя больше, чем мощность UIя , отдаваемая потребителю, так как Е > U. Когда машина работает электродвигателем и, значит, Е тогда мощность EIя меньше мощности UIя, подаваемой из сети. Эта разница мощностей численно равна мощности тепловых потерь I 2 rя в обмотке якоря.

РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

Когда машина работает генератором вхолостую, т. е. при Iя = 0, магнитный поток возбуждения Ф B , создаваем мый н. с. FB, существует один и проходит от северного по люса к южному через якорь (рис. 8-12). В этом случае индукция В δ в воздушном зазоре, в пределах полюсного наконечника, остается практически постоянной.

Если генератор нагружен, т. е. по обмотке якоря про ходит ток, якорь сам становится электромагнитом п его и. с. Fя создает второй поток — поперечный поток

якоря Фя. Он замыкается через воздушный зазор машины и поперек ее полюсов, уменьшая индукцию в воздушном зазоре В δ под одним краем полюса (левым у северного и правым у южного и увеличивая В δ под другим краем (правым у северного и левым у южного) (рис. 8- 13). По отношению направлению вращения якоря можно сказать, что набегающий край полюса размагничивается, а сбегающий — намагничивается.

Суммарный поток машины Ф смещен в направлении вращения якоря; в ту же сторону смещена нейтраль машины, называемая в данном случае физической нейтралью (рис. 8-13). В результате поток Ф при нагрузке несколько уменьшается, так как вследствие насыщения стати размагничивание на набегающем краю полюса оказывается большим, чем намагничивание на сбегающем. Влияние н. с. якоря на величину магнитного потока машины при нагрузке называется реакцией якоря.

В современных машинах постоянного тока, нормального исполнения уменьшение магнитного потока под влиянием реакции якоря незначительно.

Главная опасность этого явления, как будет показано ниже, заключается в том, что магнитная индукция в воз- душном зазоре под краем полюса может сильно возрастать.

Если машина работает электродвигателем, то при направления тока в якоре, указанном на рис. 8-12, якорь будет вращаться в обратную сторону. Следовательно, реакция якоря будет сдвигать поток Фи физическую нейтраль против хода якоря.

Статья на тему Электродвижущая сила обмотки якоря

Источник