В чем заключается принцип обратимости

2.2.1. ПРИнцип обратимости электрических машин

Предположим, что электрическая машина работает генератором параллельно с сетью, где . Электромагнитный момент генератора М является тормозящим, то есть направленным против вращения якоря.

Генератор отдает мощность в сеть и ток в обмотке якоря равен . При уменьшении механической мощности, подводимой к валу генератора , и мощность, отдаваемая в сеть, уменьшаются. Если , ток изменит свое направление на противоположное. Электромагнитный момент, равный , тоже изменит свое направление на противоположное и из тормозящего станет движущим, как это видно из рис. 2.22. В этих условиях электрическая машина работает двигателем, преобразуя подводимую электрическую мощность в механическую, снимаемую с вала.

Способность одной и той же электрической машины в зависимости от внешних условий работать как в генераторном режиме, так и в двигательном называется принципом обратимости электрических машин.

Уравнение напряжения для цепи обмотки якоря двигателя, учитывая, что ток изменил знак по сравнению с генераторным режимом, можно записать:

. (2.9)

В режиме двигателя всегда и

. (2.10)

В зависимости от способа возбуждения и включения обмоток возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются, аналогично генераторам, на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Схемы включения такие же, как и в генераторах (рис. 2.1-2.4).

2.3. Двигатели постоянного тока. Особенности пуска

2.3.1.Энергетический процесс и общие свойства двигателей

Энергетические процессы, происходящие в двигателе, рассмотрим на примере двигателя с параллельным возбуждением с помощью энергетической диаграммы, которая изображена на рис. 2.23. Здесь – электрическая мощность, потребляемая из сети

, (2.11)

где – потери мощности в обмотке возбуждения.

– электрические потери в цепи обмотки якоря.

Оставшаяся мощность называется электромагнитной.

(2.12)

где — потери в стали сердечнике якоря;

– механические потери на трение в подшипниках и щеток об коллектор.

Потери – называются потерями холостого хода. Полезная механическая мощность на валу

. (2.13)

Уравнения моментов на валу двигателя можно составить так.

В общем случае двигатель развивает электромагнитный момент вращения, который направлен в сторону вращения якоря

,Нм. (2.14)

Если выражать в кВт, а ,

,кГм. (2.15)

В любой интервал времени М уравновешивается следующими тормозными моментами:

моментом холостого хода

, (2.16)

моментом полезной нагрузки на валу

. (2.17)

В неустановившемся режиме работы, когда скорость вращения изменяется возникает динамический момент сопротивления

. (2.18)

С учетом изложенного уравнения моментов на валу (уравнение движения якоря) примет вид:

. (2.19)

или , (2.20)

где – называется статическим моментом сопротивления.

При установившемся режиме работы, когда

. (2.21)

Если это равенство нарушается, то скорость вращения двигателя будет изменяться (уменьшаться или увеличиваться) до тех пор, пока (равенство 2.21) не восстановится.

При работе двигателя всегда может возникнуть малое возмущение его установившего-ся режима (кратковременное изменение напряжения в сети, случайные колебания момента нагрузки и т.п.). Под устойчивостью работы двигателя понимается его способность вернуться к исходному режиму работы, когда действие малого возмущения прекратится. Если же двигатель не возвращается к исходному режиму, то он неустойчив в работе.

Устойчивость работы двигателя зависит от вида характеристик M(n) и M_c(n). Пусть эти характеристики имеют вид, как на рис. 2.24. Точка пересечения этих характеристик соответствует установившемуся режиму работы .

При случайном увеличении частоты вращения n>n₁, M_c>M, двигатель начинает тормозиться и возвращается к частоте n₁. При случайном уменьшении частоты вращения n1, M>M_c и двигатель ускоряется. Следовательно, в случае представленном на рис. 2.24, двигатель работает устойчиво.

Критерий устойчивости (2.21) должен быть дополнен следующим неравенством:

. (2.22)

Если соотношение (2.22) не выполняется, как показано на рис. (2.25), то работа двигателя будет неустойчивая. Любые случайные отклонения частоты вращения от n₁ не позволяют двигателю вернуться к исходному режиму.

Двигатели постоянного тока, как и двигатели переменного тока, обладают, при соблюдении условий устойчивости, свойством саморегулирования, то есть способностью автоматически приспосабливаться к изменившимся условиям работы.

Рассмотрим это на примере двигателя параллельного возбуждения. Пусть U=const, тогда и Ф=const. Предположим, момент нагрузки увеличился. Тогда и частота вращения якоря n начнет уменьшатся. Но ЭДС тоже уменьшается, а ток и электромагнитный момент начнут возрастать до тех пор, пока не восстановится равенство моментов . Аналогичный процесс происходит и при уменьшении нагрузки на валу.

23. Обратимость машин постоянного тока.

Обратимость машин. При работе машины в генераторном ре­жиме в результате взаимодействия проводников обмотки якоря, по которым протекает ток, с магнитным потоком полюсов возникает электромагнитная сила F (правило левой руки), препятствующая вращению якоря Для преодоления этой силы к яко­рю генератора должна быгь постоянно приложена внешняя сила.

Если убрать внешнюю силу и, сохранив полярность полюсов, пропустить через обмотку якоря ток того же направления, то элект­ромагнитная сила сохраняет свое направление. Под действием этой силы якорь будет вращаться в направлении, противоположном на­правлению вращения генератора — машина переходит в двигатель­ный режим. Следовательно, каждая машина постоянного тока мо­жет работать в режиме как генератора, так и двигателя Это свой­ство электрических машин называется обратимостью.

В зависимости от способа питания обмоток возбуждения двига­тели делятся на двигатели независимого, параллельного, последо­вательного и смешанного возбуждения.

24. Явление коммутации мпт.

В широком смысле слова под коммутацией понимают все явления и процессы, возникающие между щетками и коллекторными пластинами, к которым в первую очередь относится искрение, вызываемое как механическими причинами, так и электромагнитными процессами. К механическим причинам относятся: биение коллектора, вибрация щеткодержателей, трение шероховатых поверхностей щеток о выступающие коллекторные пластины, в результате чего изменяется переходное сопротивление контактов, а иногда и возникает их разрыв, сопровождающийся электрической дугой. Однако, даже при идеальных условиях механического контакта искрение может возникать вследствие электромагнитных процессов.

В более узком смысле коммутацией называется процесс изменения тока в короткозамкнутых секциях обмотки якоря при его переходе из одной параллельной ветви в другую.

Каждая из секций обмотки якоря при его вращении периодически попадает из одной параллельной ветви в другую, при этом происходит изменение направления тока в ней на противоположное. Ток параллельной ветви равен току якоря, отнесенного к числу параллельных ветвей: , а его изменение происходит за время, в течение которого щетка замыкает коллекторные пластины, к которым присоединяется коммутируемая секция. Это время называется периодом коммутации и зависит от ширины щетки и окружной скорости движения коллектора:

. (2.12)

Скорость движения коллектора велика, а ширина щеток мала, поэтому время коммутации мало и составляет в современных машинах Т_К = 0,0001 – 0,001 с. Это приводит к быстрому изменению тока, и возникновению в короткозамкнутой секции больших ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции, которые называются реактивными:

, (2.13)

где L_c; M_c – собственная и взаимная индуктивности коммутируемой секции; i_к – коммутационный ток.

Помимо реактивной ЭДС за счет внешнего магнитного поля, характеризуемого индукцией В_К в зоне коммутации, в двух активных частях секции длиной l_a наводится ЭДС вращения, называемая также коммутационной, которая равна:

, (2.14)

где W – количество витков в коммутируемой секции.

На рис. 2.6 показаны три основные стадии процесса коммутации (для упрощения принято, что ширина щетки равна ширине коллекторной пластины, а изоляционное расстояние между пластинами пренебрежимо мало).

1. Щетка расположена под коллекторной пластиной 1. Ток коммутируемой секции равен току одной параллельной ветви: , и через коллекторную пластину1 к щетке протекает ток двух параллельных ветвей: . Через коллекторную пластину2 ток не протекает: .

2. Большая часть щетки расположена под коллекторной пластиной 1, а меньшая – под пластиной 2. Ток к щетке протекает через обе пластины, причем сумма токов остается неизменной: . Ток коммутации уменьшается, но знака не меняет.

3. Щетка расположена под коллекторной пластиной 2. Ток коммутируемой секции изменяет направление, и равен току одной параллельной ветви: , а через коллекторную пластину2 к щетке протекает ток двух параллельных ветвей: . Через коллекторную пластину1 ток не протекает: .

В общем случае протекающие через коллекторные пластины 1 и 2 токи определяются равенствами:

; . (2.15)

Полагая, что сопротивление коллекторных пластин пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением щетки, для контура коммутации можно записать следующее уравнение:

, (2.16)

где r₁, r₂ – сопротивления частей щетки, которые находятся под соответствующими коллекторными пластинами.

Подставляя в это уравнение токи i₁ и i₂, выраженные через ток параллельной ветви i_a и ток коммутации i_к, получим:

,

и путем решения относительно тока коммутации – уравнение, которое называется основным уравнением коммутации:

. (2.17)

ЭДС и сопротивления в этом уравнении являются функциями времени, тока и производной тока по времени, поэтому его решение возможно только при различных упрощениях.

Прямолинейная коммутация является идеальной, и имеет место в том случае, если алгебраическая сумма реактивной и коммутационной ЭДС равна нулю. Полагая, что сопротивления r₁ и r₂ обратно пропорциональны соответствующим площадям, а площади прямо пропорциональны времени t, получаем:

; . (2.18)

В результате подстановки и выражений (2.18) в основное уравнение коммутации (2.17), и сокращений получаем уравнение прямолинейной коммутации:

. (2.19)

Прямолинейная коммутация (рис. 2.7 – а) характеризуется следующими важными признаками.

1. Равномерным распределением плотности тока по всей поверхности соприкосновения коллекторных пластин со щетками.

2. В конце коммутации ток под сбегающим краем щетки равен нулю, поэтому коллекторная пластина выходит из-под щетки без разрыва цепи протекания тока.

Вследствие этого электромагнитные процессы при прямолинейной коммутации не вызывают искрения.

Действие реакции якоря, изменение частоты вращения, и другие причины приводят к тому, что реактивная и коммутационная ЭДС не равны между собой: , в результате чего коммутация становится нелинейной (рис. 2.7 – б). Полный ток коммутации согласно уравнению (2.17) представляет собой алгебраическую сумму тока линейной коммутации и добавочного тока, направление которого определяется знаком алгебраической суммы реактивной и коммутационной ЭДС:

Замедленная коммутация имеет место при . Согласно правилу Ленца реактивная ЭДС при этом препятствует изменению тока. Добавочный токi_доп увеличивает полный ток. Плотность тока под сбегающим краем щетки возрастает, а разрыв тока в коммутируемой секции происходит после того, как коллекторная пластина вышла из-под щетки, что приводит к искрению под сбегающим краем щетки.

Ускоренная коммутация имеет место, если . При этом добавочный токi_доп увеличивает полный ток и плотность тока под набегающим краем щетки, а разрыв тока в коммутируемой секции происходит до того, как коллекторная пластина выйдет из-под щетки, что приводит к искрению под ее набегающим краем.

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

23.Принцип обратимости машин постоянного тока

Каждая машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью. Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря. Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически. Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в машинах переменного тока.

24.Характеристики машин постоянного тока

Характеристики машин постоянного тока определяются системой возбуждения: независимой, параллельной, последовательной или смешанной При независимой системе возбуждения обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока и ток возбуждения не зависит от режима работы и нагрузки машины. Генераторы с независимой системой возбуждения допускают регулирование напряжения практически от нуля до номинального. Изменение напряжения при увеличении нагрузки определяется только размагничивающим действием реакции якоря и увеличением падения напряжения на сопротивлении якорной цепи. Ток параллельной обмотки возбуждения генераторов с самовозбуждением меняется в зависимости от напряжения на выводах генератора и уменьшается с ростом нагрузки из-за размагничивающего действия реакции якоря, что в свою очередь приводит к добавочному увеличению падения напряжения. За счет этого номинальное падение напряжения генераторов с параллельным возбуждением больше, чем генераторов с независимым возбуждением. В генераторах со смешанной системой возбуждения при согласном включении параллельной и последовательной обмоток поток стабилизируется, так как размагничивающее действие реакции якоря компенсируется изменением МДС последовательной обмотки, пропорциональным току нагрузки. Последовательную обмотку таких машин называют стабилизирующей. Номинальное падение напряжения генераторов со стабилизирующей обмоткой мало. При встречном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения напряжение на выводах генератора резко падает с увеличением тока нагрузки. Такие системы возбуждения находят применение в сварочных генераторах постоянного тока.

25.Вращающееся магнитное поле трехфазной системы переменного тока.

Электрические цепи, которые состоят из совокупности переменных ЭДС одной частоты и сдвинутых по фазе друг относительно друга на треть периода называют трехфазной системой переменного тока. Однофазная цепь, входящая в систему данной многофазной цепи называется фазой. ЭДС каждой фазы может действовать в своей самостоятельной цепи и может быть не связана с другими ЭДС. Такая система называется несвязной. Для получения трехфазных токов используют трехфазный генератор, в котором три обмотки соединенные между собой и расположенные на якоре генератора под углом 120 ° друг относительно друга, вращаются в постоянном магнитном поле. Это поле создается электромагнитами, которые питаются постоянным током. Обмотки трехфазного генератора могут быть соединены звездой или треугольником, но так как нагрузки редко бывают симметричными их чаще всего соединяют звездой. Применение систем трехфазного тока обладает некоторыми преимуществами перед однофазной системой:

1.При одинаковых напряжениях и мощностях потребителей и прочих равных условиях питание трехфазным током позволяет получить значительную экономию материала проводов по сравнению с тремя однофазными линиями.

2.При прочих равных условиях трехфазный генератор дешевле, легче и экономичнее, чем три однофазных генератора такой же суммарной мощностью. То же самое относится к трехфазным двигателям и трансформаторам.

3.Трехфазная система токов позволяет получить вращающееся магнитное поле с помощью трех неподвижных катушек.

4.При равномерной нагрузке трехфазный генератор создает на валу приводного двигателя постоянный момент, в отличии от однофазного генератора, у которого мощность и момент пульсируют с двойной частотой тока.