Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Загальні питання електричних машин постійного струму

1.1 Основні елементи конструкції електричних машин

Для одержання електромагнітного момента в електричній машині необхідна наявність магнітного потока (його створюють полюси) і струма в обмотці якоря. Тому основу електричної машини складають магнито- і струмопровідні матеріали.

На рис. 2.1.1 показана будова електричної машини постійного струму. Ії головні елементи помічні цифрами 1-12. Головні полюси 8 з обмотками збудження 10 створюють основний магнітний потік машини, який проходить через два головних полюси 8, два повітряних приміжки між статором та ротором, дві зубцових зони та ярмо сердечника якоря 7, ярмо станіни 1. Сердечники головних полюсів набирають з аркушів електротехнічної сталі товщиною 0,5 -- 1 мм, іноді використовують сталь Стз товщиною 1,5 -- 2 мм. Сердечник стягають шпильками, що розклепують на кінцях.

Обмотку якоря укладають у пази сердечника якоря, який набирають з аркушів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм. Для зменшення утрат від вихрових струмів аркуші ізолюють один від одного (лакують). Аркуші пакета насаживают на вал машини або спеціальну втулку, що напрессовывают на вал.

Електротехнічна сталь, що використовується для виготовлення аркушів якоря, повинна мати високу магнитну проводимість і низькі втрати на гистерезис і вихрові струми. Зниження втрат досягається невеликою присадкою кремнію, що, однак, погіршує механічні властивості стали.

Сталь може бути холоднокатана текстурованна. Ця сталь по своїм магнітопровідним властивостям відрізняється від звичайної гарячекатаної. Вона краще інших пропускає магнітний потік, якщо останній спрямований уздовж прокату стали. У поперечному ж напрямку магнітопровідні властивості холоднокатаної сталі набагато гірші, тобто ця сталь має різку анізотропією. Тому її, як правило, використовують для виготовлення сердечників трансформаторів. З даної стали можна виготовляти і сердечники полюсів машин постійного струму.

Станину 1 виконують (відливають) звичайно зі сталі, рідше -- з чавуна. Круглі станини великих електричних машин виготовляють на вальцах з стального аркуша. По торцях до станини 1 прикріплюють підшипникові щити 2, у яких установлюють якірні підшипники 5.

У пази якоря 9 укладають котушки, намотані з мідних ізольованих провідників. Мідь по електропровідності уступає тільки сріблу, тому вона є основним струмопровідним матеріалом, який використовується в електричних машинах. При цьому мідь повинна мати мінімум домішок, тому що останні різко впливають на її електропровідність. Іноді в якості электропровідного матеріалу застосовують алюміній, що дешевше міді, але має в 1,5--1,6 рази більший питомий електричний опір.

Котушки полюсів і секцції якоря ізолюють від своїх магнітопроводів ізоляційними матеріалами, які погіршують використання машини. Від ізоляційних матеріалів вимогають, щоб вони були механічно міцні, теплостійкі і при мінімальній товщині витримували високі електричні напруги. Цим вимогам найбільшою мірою відповідають ізоляційні матеріали, виконані на основі слюди. Останнім часом розроблені синтетичні ізоляційні матеріали (поліїмідні плівки), які по своїм показникам навіть перевершують природні слюдяні.

Зєм струму з роторів машин змінного струму здійснюється за допомогою контактних кілець, а в машин постійного струму -- за допомогою колекторів 4, по яких сковзають вугільно-графітові, электрографитированные чи металлографитовые щітки 3, що поміщаються в щіткотримачі. Колектор -- один з основних і найбільш складних вузлів електричної машини постійного струму. Колектори збирають з мідних пластин трапецеидальной форми, ізольованих один від одного та від корпуса. У порівняно невеликих ЕМ колектори виготовляють з пластмасовою ізоляцією. Пластини закріплюють на «ласточкиных хвостах», і після запресовування у гарячому стані колектор обточують і шліфують, щоб його поверхня була строго циліндричною. Звичайно верхню частину ізоляції між колекторними пластинами продорожують на глибину до 1,5 мм від поверхні колектора. Кінці обмотки якоря зварюють з виводами колекторних пластин, які звуться «петушками». У швидкохідних машин довгі колектори кріплять додатково за допомогою бандажних кілець, насаджених зверху на колектор і ізольованих від його поверхні.

1.2 Основні закони, правила та принципи електротехніки

При проектуванні ЕМ використовуються такі закони, правила та принципи:

1. Закон електромагнітної індукції Фарадея - Максвелла, який стосується створення електрорушійної сили ( e = BLV; e = -dш/dt) з визначенням її напрямку по правилу “правої руки.

2. Правило електромагнітної сили Ампера F = BIL, яке стосується сили, що діє на провідник із струмом у магнітному полі (напрямок сили визначається по відомому правилу “лівої руки”). Іноді його звуть законом електромагнітної сили Ампера. Насправді доведено (експериментально у тому числі), що закон Ампера не є законом, бо це явище не діє у середовищі з феромагнітним магнітопроводом [2; 3]. Треба використовувати інший, дійсний, відомий в електротехніці закон: сила дорівнює похідній по зміні електромагнітної енергії у системі по координаті. При цьому треба враховувати те, що енергія запасається магнітним полем системи, а не струмом. Використання формул зі струмом - це лише зручна форма отримання величини сили.

4.Правило Ленца: при зміні магнітного потока контура, в ньому виникає ЕРС та струм такого напрямку, що їх дія спрямована проти зміни існуючого магнітного стану контура.

5.Правило буравчика дозволяє визначити направлення напруженності магнітного поля в середині котушки (буравчик розміщують по осі котушки і обертають його за напрямком протікання струму в витках котушки; переміщення буравчика вказує напрямок напруженності магнітного поля) та провідника зі струмом (буравчик розміщують взовж осі провідника і обертають так, щоб він переміщувався по направленню протікання струму; тоді напрямок обертання буравчика вказує напрямок напруженності магнітного поля провідника).

6. Два закони Кірхгофа:

а)алгебраїчна сума напруг гілок вздовж замкнененого контура, помножена на перемикаючу функцію контура дорівнює нулю

;

б)алгебраїчна сума добутків струмів (або похідних по часу від струмів) на перемикаючі функції гілок у вузлі дорівнює нулю

; ,

де Р_К - перемикаюча функція контура (приймає значення «1», якщо контур замкнений та «0» у іншому разі); u_Ki - напруга і-ої гілки замкненого контура; і=1,...,m - кількість гілок замкненого контура; P_j - перемикаюча функція j-ій гілки вузла (приймає значення «1», якщо гілка замкнена та «0» у іншому разі; i_j - струм в j-ій гілці вузла; j=1,...,n - порядковий номер гілки вузла; t - час.

Перемикаючі функції у даному разі відображують в математичному запису законів Кірхгофа слово “замкнений”: замкнений контур, замкнена гілка. Якщо перемикаюча функція дорівнює нулю, то даний вираз “витирається” з системи рівнянь. Така математична форма запису законів Кірхгофа дає змогу отримувати математичну модель роботи електричних машин сумісно з напівпровідниковими перетворювачами.

Розглянемо більш детально деякі положення, які стосуються наведення ЕРС у провідниках. У наведенні ЕРС обовязковим є процес пересічення провідником магнітних силових ліній. Згідно з законом Фарадея, при переміщенні зі швидкістю v провідника довжиною L у магнітному полі з індукцією В, в провіднику наводиться електрорушійна сила (ЕРС)

е=ВLv. (2.1)

Треба сказати, що у дійсності провідники ЕМ розміщуються у пазах, які магнітно їх екранують, і тому у пазах магнітна індукція В_П значно менше магнітної індукції повітряного проміжка В, яка використовується в формулі (2.1). Тобто В_П <<B. Але принцип безперервності магнітних силових ліній дозволяє використовувати формулу (2.1) зі значенням індукції В. Відповідно електромагнітна сила, що діє на провідник має розрахункове значення F=LВi, у той час як у дійсності у пазу ця сила значно менше і дорівнює F=LВ_Пi. Між тим розрахунок роботи ЕМ виконується таким чином, наче уся обмотка розміщена не у пазах, а у повітряному проміжку. Пояснюється це тим, що у дійсності у ЕМ взаємодіють магнітні поля статора та ротора, а вказана формула є лише зручним засобом відображення цієї взаємодії.

Вираження М. Фарадея (2.1) потім було перетворено Д.К. Максвеллом (тому закон електромагнітної індукції іноді звуть законом Фарадея-Максвелла) і для витка приведено до наступного виду в диференціальній формі:

е = -dФ/dt. (2.2)

Рівняння Фарадея та Максвелла не можна протиставити одне одному: вони обидва відображують однаковий фізичной процес, є тотожніми по результатам і можуть протистояти лише з точки зору зручності використання у залежності від виду ЕМ.

Якщо у контурі маємо W витків, то ЕРС по Максвеллу дорівнює

е = - W dФ/dt. (2.3)

Враховуючі, що кількість витків W є постійною величиною, іноді використовують іншу формулу

е = - d(W Ф)/dt = -dШ/dt, (2.4)

де Ш=WФ - потокозчіплення.

Але при цьому не можна використовувати ЕРС у вигляді

е = - d(W Ф)/dt = -dШ/dt = - WdФ/dt - ФdW/dt ,

Бо якщо намотувати витки на стержень з наявним у ньому постійним магнітним потоком, то ЕРС не виникне (тобто - ФdW/dt =0, бо немає пересічення магнітних силових ліній).

Не виникає ЕРС, якщо розімкнути зовнішній замкнений електричний контур без магнітного потоку і потім знову замкнути його таким чином, щоб він охоплював стержень з постійним магнітним потоком, бо немає пересічення магнітних силових ліній. Навіть якщо єлектрично не розмикати такий контур А (рис.2.2) за рахунок використання спеціального металевого переходу через стержень з постійним магнітним потоком, то однаково ЕРС не наводиться.

При розгляді процеса наведення ЕРС потрібно також враховувати принцип безперервності магнітних силових ліній. Наприклад, в уніполярному генераторі, який має масивний статор 1 з обмоткою збудження 2 і ротор 3 у повітряному просторі створюється магнітний потік одного напрямку (рис.2.2.2).

Якщо вкласти у такий повітряний проміжок котушку 4, одна з сторін якої є магнітно екранованою залізною трубою (ця сторона котушки показана пунктиром), то постійна ЕРС не створюється, бо магнітні силові лінії, внаслідок їх безперервності, однаково пересікають обидві сторони котушки при обертанні ротора, а магнітний потік котушки є постійним.

Виникає питання: чи не можна створити електричний генератор, у якорі якого «нескінченно довго» наводилася б постійна ЕРС? Адже якщо ми хочемо одержати постійну ЕРС, то згідно вираженню (2.2) для контура необхідно безупинне і безмежне збільшення магнітного потоку до нескінченності, що неможливо.

Таким чином, у замкненому контурі з одного або кількох послідовно зєданих витків не можна довготривало наводити постійну ЕРС і тому електрична машина може бути створена на основі закону електромагнітної індукції лише в тому випадку, якщо в її якорі наводиться змінна ЕРС. Але тут є виняток: якщо контур з одного витка має щітки, то у ньому можна до нескінченності у часі наводити постійну ЕРС [6]: ії можна отримати, наприклад, за допомогою уніполярного електричного генератора, який має масивний статор 1 з обмоткою збудження 2, ротор 3 з укладеним на ньому електрично ізольованим від ротора провідником 4, який зєднаний з двох боків до ізольованих від ротора контактних кільців зі щітками (рис.2.2.3).

Проходження робочого магнітного потоку на рис.2.2.3 показане пунктирними лініями зі стрілками.

Якщо розмістити обмотку збудження уніполярного генератора на роторі, виконати статор у вигляді двох бокових кілець 1 та 2, зєднаних між собою двома стерженями-магнітопроводами 3 та 4 (рис.2.2.4,а), то його магнітна система по січенню А-А набуває вигляду рис.2.2.4,б. У намотаній на вказаному боковому кільці 2 котушці К не наводиться постійна ЕРС, бо наскільки в ній зменшується значення магнітного потока внаслідок обертання ротора - настільки він і збільшується (ми вважаємо, що показане пунктиром магнітне силове поле жорстко звязане з ротором). При цьому внаслідок безперервності магнітних силових ліній результуюча ЕРС дорівнює нулю. Ця ж схема є ілюстрацією того, що «закон електромагнітної сили Ампера» F=BІL [ 8,9] насправді не є законом (конструкція рис.2.2.4 не може працювати ні генератором, ні двигуном, і отже “закон Ампера” діє з винятком - лише у вакуумі) .

Тому потрібно використовувати термін «сила Ампера» [7] замість терміна «закон Ампера». Так само, на провідник зі струмом, розміщений у магнітному пазу ЕМ, не діє сила F=BІL, бо у пазі магнітна індукція значно менша у порівнянні з індукцією повітряного проміжку В, яка використовується у розрахунках ЕМ.

Але сила Ампера у вигляді F=BІL є зручною при виконанні розрахунків і широко використовується при проектуванні і поясненні роботи ЕМ.

Припустимо, що ми виконали генератор у вигляді нерухомої котушки з провідниками 1 та 2 (рис.2.2.5), в середині якої обертається у напрямку, показаному стрілкою, ротор з обмоткою збудження, що живлиться змінним струмом. Коли вісь обмотки збудження ротора розміщена вертикально, то напрямок струму збудження змінюється на протилежний, і тому полярність магнітних полюсів ротора (при знаходженні їх біля провідників 1 та 2) завжди відповідає показаній на рис.2.2.5 полярності. Здавалося б, що в провідниках котушки 1 та 2 повинна наводитись постійна ЕРС, але насправді цього не спостерігається. Тут дуже зручно користуватись законом Максвелла, з якого випливає, що для наведення нескінченно довго постійної ЕРС, магнітний потік котушки повинен зростати до нескінченності. У данному випадку у котушці наводиться змінна ЕРС, згідно похідної від кривої зміні у часу ії магнітного потока.

1.3 Принцип дії найпростішого генератора змінного струму

Розглянемо роботу найпростішого генератора змінного струму (рис.2.3.1), що складається з циліндричного каркаса з витком abcd на ньому, поміщеного в магнітне поле, яке створюється полюсами магніту N і S. Кожна зі сторін витка (ab і cd) з'єднана зі своїм кільцем. За допомогою щіток А и В виток abcd электрично з'єднується з зовнішнім ланцюгом, що має опір Rн. У цього найпростішого електричного генератора є всі найважливіші елементи реальної електричної машини.

Умовимося називати лінію, що проходить через центр циліндра по середині між полюсами магніту, лінією геометричної нейтрали, а частина окружності, що відноситься до одного полюса,-- полюсною ділянкою .

Почнемо обертати циліндр із витком abcd . Напрямок ЕРС, що наводиться при цьому в провіднику, визначиться за правилом правої руки: розташуємо долоню так, щоб у нее входили лінії магнітної індукції; відведений великий палець направимо по руху провідника; тоді інші пальці руки покажуть напрямок ЕРС. Напрямок наведеної ЕРС визначається законом Ленца, згідно якому струм, викликаний наведеною ЕРС, намагається не допустити зміни магнітного потока контура.



Коли провідник ab знаходиться під полюсом N, то у ньому наводиться ЕРС одного напрямку, а коли під полюсом S -- іншого.

Отже, у провіднику ab і у цілому наводиться змінна в часі ЕРС, період якої дорівнює Т. Число періодів, що приходяться на 1 сек, називається частотою f, так що

f =1/T.

Якщо машина має р пар полюсів, то за один оберт у витку abed буде спостерігатись р періодів ЕРС. Якщо частота обертання витка дорівнює n, то ЕРС, що наводиться, має частоту

f = pn. (2.5)

Оскільки кільця замкнуті через щітки A і B на зовнішній ланцюг, то по ньому потече струм, що має ту ж частоту f. У нашій державі використовується промислова частота 50 Гц. В США та інших державах Америки промислова частота струму дорівнює 60 Гц.

Згідно закону Ампера [ 8,9] на провідник довжиною l зі струмом і у магнітному полі з магнітною індукцією В діє сила F=Bli. По правилу лівої руки можна впевнитись, що ця сила Ампера спрямована проти напрямку переміщення провідників, тобто є тормозною (за правилом лівої руки розташуємо долоню так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню; чотири пальці руки спрямуємо у напрямку протікання струму; тоді відведений великий палець покаже напрямок дії сили на провідник).

Найпростіший генератор, що перетворює механічну енергію в електричну (рис.2.3.1, рис.2.4.1), складається з двох основних частин: нерухомої, що зветься статором, і обертової, що зветься ротором. Та частина машини, що створює магнітне поле, називається індуктором, а та її частина, у якій наводиться ЕРС і відбувається перетворення енергії,-- якорем. Індуктор (або якор) може розміщуватись як на статорі так і на роторі. ЕМ зі зворотнім розташуванням індуктора та якоря по відношенню до найбільш розповсюдженої конструкції зветься оберненою.

1.4 Випрямлення змінного струму в постійний за допомогою колектора

Щоб змусити отриманий змінний струм протікати у зовнішньому ланцюзі в одному напрямку, замінимо кільця генератора на рис. 2.3.1 на ізольовані один від одного півкільця (рис. 2.4.1). Такий випрямний пристрій зветься колектором, а півкільця -- його пластинами (ламелями).

Щітки А и В розташуємо так, щоб вони переходили з однієї пластини на іншу тоді, коли виток abсd знаходиться на лінії геометричної нейтрали, тобто тоді, коли ЕРС у витку дорівнює нулю.

Тепер кожна з щіток буде торкатись тільки тієї пластини і провідника, що знаходиться під даним полюсом (щітка А -- із провідником, що знаходиться під полюсом N, а щітка В -- під полюсом S). Отже, у зовнішньому ланцюзі струм буде протікати завжди в одному напрямку -- від щітки А до В -- і мати вид, показаний на рис. 2.4.2,б. Відбулося випрямлення наведеної у витку змінної ЕРС і струму в ЕРС і струм одного напрямку в зовнішньому ланцюзі. Цей струм, залишаючись постійним по напрямку, змінюється по величині від нуля до найбільшого значення і потім знову до нуля, тобто його пульсація має різко виражений характер. Якщо в якорі укласти не один, а багато витків та відповідних ламелей, то пульсація струму в зовнішньому ланцюзі зменшується, і потече практично постійний струм.

Випрямлення змінного струму у постійний за допомогою колектора, дозволяє одержати генератор постійного струму, в якорі якого так само, як і в генераторі змінного струму, протікає змінний струм.

Ковзаючий контакт “щітка -- колектор”, є складним і ненадійним вузлом і багато в чому ускладнює роботу машини. Приблизно 50% усіх відмов у роботі ЕМ повязані з наявністю колектора та щіток.

1.5 Перетворення енергії в електричних машинах. Перехід з генераторного режиму на режим двигуна та навпаки

електрична машина постійний струм

За законом Ампера на провідник зі струмом , що рухається в магнітному полі, діє сила

F = BlІ, (2.6)

Напрямок якої визначається за правилом лівої руки: розташуємо долоню так, щоб у ній входили лінії магнітної індукції; чотири пальці руки направимо по напрямку струму; тоді відведений великий палець покаже напрямок дії сили.

Тому, якщо до щіток машини змінного струму (рис. 2.3.1) підвести змінний струм, то виникне сила, що змусить провідники ab і cd переміщуватися в магнітному полі, і виток abed почне обертатися.

Аналогічне явище буде мати місце, якщо до щіток машини постійного струму (рис. 2.4.1) підвести постійний струм. Колектор у цьому випадку буде відігравати роль інвертора, перетворюючи підведений постійний струм у змінний усередині якоря. Таким чином, ми одержимо електричний двигун, що, на відміну від генератора, перетворить електричну енергію у механічну.

За законом Ленца индуктованний струм завжди має такий напрямок, при якому виникаюча електромагнітна сила прагне перешкоджати тій зміні (руху), завдяки якому индуцируется струм.

На підставі згаданих вище законів і принципу роботи найпростіших електричних машин можемо сформулювати наступні основні положення энергоперетворення:

будь-яка електрична машина енергетично оборотна, тобто принципово рівноцінно може працювати як генератором так й двигуном;

оскільки згідно закону електромагнітної індукції необхідно лише відносне переміщення провідника і магнітного поля, будь-яка електрична машина кинематически оборотна, тобто в неї може обертатися або якір або індуктор (або вони можуть обертатись разом один відносно іншого).

1.6 Основні електромагнітні співвідношення при енергоперетворенні

Генератор. Прийнято вважати, що щітка, через яку струм іде від генератора, є позитивною ( + ), а до якої підходить -- негативною (--).

Тому що ЕРС, що наводиться в провіднику, визначається вираженням e=Blv, то ЕРС у витку, що складається з двох провідників ab і cd, буде

E=2e=2Blv. (2.7)

Відомо, що середню індукцію можна представити як магнітний потік, що приходиться на одиницю площі, що він пронизує:

B=Ф/S. (2.8)

Швидкість переміщення провідника в магнітному полі при обертанні якоря діаметром Dя з частотою n дорівнює

. (2.9)

Підставивши (2.8) і (2.9) у (2.7), одержимо

=, (2.10)

де =const.

Таким чином, середня ЕРС у витку електричної машини пропорційна добутку частоти обертання і магнітного потоку і не залежить від форми кривої розподілу індукції в повітряному проміжку ЕМ.

Реверс ЕРС (зміна знаку ЕРС) виконується зміною знаку (зміною напрямку) або частоти обертання, або магнітного потоку чи стуму збудження. Одночасна зміна знаку і частоти обертів і магнітного потоку не призводить до зміни знаку ЕРС.

Напруга на щітках генератора може бути розрахована по фомулі

, (2.11)

де - струм у зовнішньому ланцюзі генератора;

-падіння напруги на внутрішньому опорі якоря ;

- падіння напруги на щітках генератора, яке залежить від типа щіток.

Електромагнітний момент обертання, що діє на якір найпростішого генератора з витком abсd, дорівнює

, (2.12)

де - постійна величина для ЕМ.

Відповідно до першого закону Ньютона підведений до вала якоря генератора обертаючий момент (наприклад, від дизеля) за винятком частини, що витрачається на подолання моменту опору в ЕМ (на тертя та інш., про що докладно буде сказано нижче), врівноважується електромагнітним моментом:

(2.13)

Зміна напрямку дій електромагнітного момента (його знаку) виконується

Зміна знаку електромагнітного момента (зміна напрямку дій момента) виконується зміною знаку (зміною напрямку) або струму якоря, або магнітного потоку чи струму збудження. Одночасна зміна знаку і струму якоря і магнітного потоку не призводить до напрямку дій (знаку) момента.

Двигун. Щітка двигуна, до якої підходить струм, вважається позитивною ( + ), а від який відходить-- негативної (--). Коли по якорі проходить струм, з'являється електромагнітний момент і якір двигуна починає обертатися, у провідниках його обмотки наводиться ЕРС, напрямок якої відповідно до закону Ленца повинно бути таким, щоб перешкоджати тій дії, у результаті якого вона виникає. Таким чином, ЕРС у якорі двигуна спрямована проти струму. Тому ЕРС якоря двигуна називається також противо-ЕРС.

До якоря двигуна прикладається напруга Uдв й у ньому протікає струм Ія

Звідси напруга на щітках двигуна

, (2.14)

де - струм у зовнішньому ланцюзі двигуна; Е - противо-ЕРС;

-падіння напруги на внутрішньому опорі якоря двигуна;

- падіння напруги на щітках двигуна, яке залежить від типа щіток.

Напруга, яка подводиться до якоря, врівноважується противо-ЕРС і спаданням напруги в його обмотці та на щітках, що складає звичайно 5--10% напруги.

Як бачимо, вираз (2.14) для двигуна схожий з виразом для генератора (2.11). Різниця між ними полягає лише у знаках перед падінням напруги на активних опорах.

Електромагнітний момент двигуна постійного струму дорівнює

.

Звідси випливає, що реверс (зміна напрямку обертання) електричного двигуна постійного струму виконується або зміною знаку магнітного потоку (знак струму збудження), або знаку (напрямку) струму якоря. Одночасна зміна знаку і струму якоря і магнітного потоку не призведе до реверсу.

У дійсності зовсім немає потреби розглядати окремі математичні вирази для генератора та двигуна. Насправді можна (і треба було б) використовувати лише один з цих виразів, враховуючі зміну знаку струму при переході від режиму генератора до режима двигуна. Але традиційно ці формули, які є єдиними для машини постійного струму, розглядаються у двох варіантах. Тому і ми не будемо змінювати традицію, хоча у цьому разі виникає незручність у розгляді режимів переходу ЕМ з режима генератора у режим двигуна і навпаки (бо машина все ж є оборотньою і може працювати як у режимі генератора так і у режимі двигуна). Розглянутий підхід стосується не лише ЕМ постійного струму, але й ЕМ змінного струму, для яких, у намаганні краще пояснити процеси у ЕМ, також наводяться вирази для розрахунків режима генератора та режима двигуна, хоча суто теоретично у цьому немає ніякої потреби.

Внутрішня електромагнітна потужність, що розвивається якорем, дорівнює .

Таким чином, у двигуні електромагнітна потужність за винятком втрат енергії дорівнює потужності механізма. Це відбиває процес взаємзворотнього перетворення електричної і механічної енергії в ЕМ.

1.7 Втрати енергії в ЕМ

Процес перетворення енергії в ЕМ супроводжується втратами. Ці втрати відносно невеликі і складають 25-5% від потужності ЕМ. Втрати енергії тісно повязані з питаннями економії електричної енергії а також з нагрівом ЕМ і відведеням тепла за допомогою вентиляторів або іншої системи охолодження. Усі втрати в ЕМ постійного струму діляться на чотири групи:

1.Електричні втрати

- втрати в ланцюзі якоря,

де - струм якоря; - активний опір обмотки якоря та вмикнених послідовно з нею обмоток додаткових полюсів, серієсної обмотки збудження, компенсаційної обмотки.

= - втрати в обмотці збудження;

- втрати на щітках (=2 В для вугільних та графітових щіток; =0,6 В для металевовугільних та металевографітних).

2.Магнітні втрати

-втрати на гістерезис (-постійна величина; f - частота перемагнічування; В -максимальне значення магнітної індукції);

втрати на вихреві струми (-постійна величина).

Часто магнітні втрати не розділяют на втрати від гістерезиса та від вихревіих струмів і їх обєднують в одну формулу з показниками степені при частоті та при магнітній індукції.

3.Механичні втрати на підшипниках, на тертя щіток об колектор, на вентиляційні втрати.

4.Додаткові втрати

,

Які виникають в магнітній системі внаслідок пульсації магнітного потока із-за зубчатості якоря; в обмотці якоря із-за пульсації магнітного потока в пазах якоря; в урівнювальних зєднаннях; із-за явища витеснення струму у секціях, що комутують. Додаткові втрати енергії не можуть бути розрахованими і тому приймаються пропорційними потужності ЕМ з коєфіцієнтами:

0,01 - для ЕМ без компенсаційної обмотки;

0,005 - для ЕМ без з компенсаційною обмоткою.

ККД ЕМ змінюється зі зміною навантаження і досягає максимума приблизно при навантаженні 0,75Рн.

Размещено на Allbest.ru

...