Меню

Эдс в обмотке якоря машины постоянного тока

ОБМОТКИ ЯКОРЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

date image2014-02-04
views image4726

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Для работы машины постоянного тока необходимо наличие двух обмоток; обмотки возбуждения и обмотки якоря. Первая, как известно, служит для создания в машине основного магнитного потока, а во второй происходит преобразование энергии.
Обмотка якоря является замкнутой системой проводников, уложенных в пазах.
Элементом якорной обмотки является секция, которая может быть одно — или много витковой. Секция состоит из активных сторон и лобовых частей. При вращении якоря, в каждой из активных сторон индуцируется ЭДС, величина которой равна:

т.е. она зависит от магнитной индукции полюсов ВСР, длины проводника L и скорости его движения V. В реальной машине, будь она генератором или двигателем, в наведении ЭДС участвуют все проводники обмотки якоря.
Величина суммарной ЭДС:

где n — скорость вращения якоря (ротора), об/мин;
Ф — магнитный поток полюсов;
Се — постоянный коэффициент, зависящий от количества витков в секции.
Обмотка якоря может быть петлевой и волновой. Петлевая обмотка, если ее изобразить в развернутом виде, имеет следующий вид (рис. 7.3.1):

Расстояние между активными сторонами одной секции называется первым шагом обмотки — y1. Расстояние между началом второй секции и концом первой называется вторым шагом обмотки — у2. Расстояние между, началами секций, следующих друг за другом, называется результирующим шагом — у. Шаги обмотки определяются числом пазов.
Расстояние между коллекторными пластинами, куда припаиваются начало и конец, принадлежащие одной секции, называется шагом по коллектору — ук. В петлевой обмотке ук= 1. Шаг ук определяется числом коллекторных пластин.
Развернутая волновая обмотка имеет вид: (рис. 7.3.2).

Форма волновой обмотки отлична от петлевой и, следовательно, будет иное соединение секций.
Однако шаги волновой обмотки имеют общее с петлевой определение.
Шаг по коллектору здесь значительно больше единицы (ук >> 1).

7.4. ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ГЕНЕРАТОРА
ПОСТОЯННОГО ТОКА

Как уже отмечалось, ЭДС, наведенная в обмотке вращающегося якоря генератора, пропорциональна магнитному потоку полюсов и частоте его вращения:

Магнитный поток в генераторе, как известно, создается током возбуждения Iв.
Если вращать якорь c постоянной частотой n и непрерывно измерять выходную ЭДС Е, то можно построить график Е = f (Iв) (рис. 7.4.1).

Эта зависимость называется характеристикой холостого хода. Она строится для режима, когда генератор не имеет внешней нагрузки, т.е. работает вхолостую.
Если подключить к генератору нагрузку, то напряжение на его зажимах будет меньше E на величину падения напряжения в цепи якоря:

Здесь: U — напряжение на зажимах;
Е — ЭДС в режиме х.х.;
IЯ — ток якоря;
RЯ — сопротивление в цепи якоря.
Падение напряжения в цепи якоря обычно не превышает 2-8 % ЭДС генератора.
Уменьшение напряжения на выходе генератора связано с размагничиванием машины магнитным полем якоря, а также падением напряжения в его обмотках.
В каждой машине постоянного тока имеет место взаимодействие между током якоря IЯ и магнитным потоком Ф. В результате на каждый проводник обмотки якоря действует электромагнитная сила:

где В — магнитная индукция,
IЯ — ток в обмотке якоря,
L — длина якоря.
Направление действия этой силы определяется правилом левой руки.
Подставим сюда среднее значение магнитной индукции ВСР и величину тока в каждом проводнике обмотки якоря I = IЯ / 2 а.
Получим

Электромагнитный момент, действующий на якорь машины, при числе проводников обмотки N:

где — величина, постоянная для данной машины;
d — диаметр якоря;
р — число пар полюсов;
N — число проводников обмотки якоря;
а — число пар параллельных ветвей.
При работе машины в режиме генератора электромагнитный момент действует против вращения якоря, т.е. является тормозным.
Для привода генератора требуется электродвигатель мощность, которого должна покрыть все потери в генераторе:

Читайте также:  Проверка напряжения аккумуляторной батареи при толчковых токах

где Р — полезная электрическая мощность генератора;
Я — потери в обмотке якоря;
В — потери в обмотке возбуждения;
М — потери на намагничивание машины;
МЕХ — механические потери, связанные с трением вращающихся частей.

Коэффициент полезного действия генератора определяется отношением:

У современных генераторов постоянного тока коэффициент полезного действия составляет 90-92 %.

Источник

Электродвижущая сила и электромагнитный момент машины постоянного тока

Формула ЭДС машины. При вращении обмотки якоря в магнитном поле полюсов в проводниках обмотки, как указывалось, наводится ЭДС:

Среднее значение этой ЭДС за половину периода

где – среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре, определяемое по кривой (рис. 1.7); – магнитный поток одного полюса; и определены ранее. ЭДС машины, как было показано, равна ЭДС одной параллельной ветви, поэтому, если обмотка якоря имеет N проводников, ее ЭДС

где – число параллельных ветвей.

Учитывая, что

где – диаметр якоря; – частота вращения якоря, об/мин; – число полюсов, получаем:

Таким образом, ЭДС обмотки якоря пропорциональна частоте вращения якоря и магнитному потоку главных полюсов машины.

Постоянная для данной машины величина называется конструктивным коэффициентом ЭДС.

Формула электромагнитного момента машины. При протекании тока по обмотке якоря сила взаимодействия тока в проводнике с магнитным полем определяется по закону Ампера выражением

Среднее значение этой силы за время прохождения проводника через зону одного полюса

где – ток в проводнике, равный току одной параллельной ветви.

Электромагнитный момент, создаваемый N проводниками, определяется как

Учитывая, что

где – ток якоря, получаем

Таким образом, электромагнитный момент пропорционален току якоря и магнитному потоку. Постоянная для данной машины величина называется конструктивным коэффициентом момента. Он связан с конструктивным коэффициентом ЭДС постоянным соотношением:

Источник

Электродвижущая сила обмотки якоря

Электродвижущая сила и электромагнитный момент машин постоянного тока.

Рис. 8.7. Принцип действия машины постоянного тока.

Для всех машин постоянного тока основными являются уравнения ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря, и электромагнитного момента взаимодействия токов якоря и основного магнитного поля ма­шины.

Она наводится в обмотке якоря основным магнитным потоком. Для её получения обратимся к рисунку 8.7 б, где : B – максимальное значение индукции, τ – полюсное деление, или линейный размер между полюсами : ( где Dя – внешний диаметр якоря, а 2p – число пар витков). При выводе формулы ЭДС бу-дем исходить из прямоугольного распределения индукции B в зазоре(рис. 8.7 б). Исходя из этого и учитывая тот факт, что ЭДС обмотки определяется суммой ЭДС секций, входящих в одну параллельную ветвь с числом пазовых проводников N/(2a), запишем

Обмотка якоря состоит из N активных проводников. Щётки делят эту обмотку на 2a параллельных ветвей. Таким образом, в пределах каждой параллельной ветви последовательно соединяются N/2a активных проводников. ЭДС якоря – это ЭДС одной параллельной ветви обмотки, которая равна сумме ЭДС, индуцируемых в составляющих её проводниках.

При движении одного пазового проводника обмотки якоря в магнитном поле под полюсом (рис. 8.7 а) проводник пересекает магнитные линии и в нём индуцируется ЭДС:

где: l – активная длина проводника, V – окружная скорость якоря, Bср – среднее значение магнитной индукции в пределах полюсного деления τ.

Окружную скорость вращающегося якоря (м/с) двухполюсной машины, для которой f=n заменим частотой вращения (об/с=1/с):

а затем частотой вращения реальной машины, имеющей p пар полюсов и для которой f=pn (об/мин):

Подставляя выражения (8.2) и (8.3) в уравнение (8.1), получим:

Учитывая, что произведение

(8.5) – это основной магнитный поток одного полюса, уравнение (8.4) можно записать так:

– постоянная для данной машины величина.

Из выражения (8.6) следует, что ЭДС якоря Eя пропорциональна основному магнитному потоку и скорости вращения n и не зависит от формы кривой распределения индукции в воздушном зазоре.

Читайте также:  Электрическая цепь переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления

У двигателя эта ЭДС направлена против тока и называется противоэлектродвижущей силой – противоЭДС.

Как следует из выражения (8.6), электродвижущую силу якоря можно регулировать посредством изменения магнитного потока Ф или посредством изменения частоты вращения якоря n.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

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.

Дата добавления: 2016-07-18 ; просмотров: 3780 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

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:  Максимальный ток коммутации реле

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