Рівняння рівноваги моментів та ЕРС (Самостійно)

Тема: Двигуни постійного струму.

Принцип дії двигуна ПС.

Рівняння рівноваги моментів та ЕРС (Самостійно).

Двигун параллельного, послідовного і змішаного збудження, їх характеристики.

Принцип дії двигуна ПС.

Принцип дії електричних двигунів оснований на взаємодії магнітних полів полюсів машини і провідників обмот­ки якоря, по яких проходить струм.

Дослідами встановлено, що в електродвигунах меха­нічні зусилля прикладені не до провідників обмотки яко­ря, а до зубців сталі якоря, бо саме в сталі зосереджені майже всі силові лінії магнітних потоків полюсів і якоря. Обмотка намотана на якір так, що якщо одна сторона витка знаходиться під північним полюсом, то друга - під південним, тому, щоб якір обертався весь час в один бік, при переході проводу з-під північного полюса під південний напрям струму в проводі повинен змінюватись на протилежний.

Рис. 1 . Призначення колектора в двигуні постійного струму.

Колектор призначений для зміни напряму струму в проводах обмотки при переході проводів через геометричну нейтраль (рис. 1). Виток 1-2 вміщений в магнітне поле. Кінці витка припаяні до колекторних пластин а - б. Користуючись правилом лівої руки, можна визначити, що виток обертатиметься проти напряму руху годинникової стрілки. В положенні II виток проходить геометричну нейтраль або за інерцією, якщо він один, або під дією інших витків, що не знаходяться в даний момент на нейтралі, якщо обмотка складається з кількох витків. У положенні III, коли сторона витка 1 перейшла в зону дії південного полюса, а сторона витка 2 - в зону дії північного полюса, напрям струму у витку змінився на протилежний внаслідок дії колектора. Тепер під позитивною щіткою стала колекторна пластина б, а під негативною щіткою - пластина а. Користуючись правилом лівої руки, можна переконатись, що виток продовжуватиме обертатися в той самий бік.

Оскільки сили, прикладені до якоря, мають один напрям, то, додаючись, вони створюють обертаючий момент двигуна.

Рівняння рівноваги моментів та ЕРС (Самостійно).

Рівняння рівноваги моментів. До вала двигуна можуть бути прикладені такі моменти: електромагнітний обертаючий момент М, момент холостого ходу М_о, корисний момент на валу двигуна М₂ і динамічний момент М_дин.

Електромагнітний момент (М) створюється в результаті взаємодії магнітних полів полюсів Ф і поля навколо проводів обмотки якоря, яке створюється струмом якоря.

Момент холостого ходу (М_о) визначається тертям у підшипниках, якоря об повітря, щіток об колектор, вентиляційними втратами і втратами в сталі машини.

Корисний момент (М₂) створюється робочою машиною і залежить від ЇЇ навантаження. Здебільшого корисний момент напрямлений проти обертаючого моменту і є гальмівним. Можуть бути випадки, коли корисний момент додається до обертаючого, наприклад при опусканні вантажу двигуном у шахту.

Ми розглядатимемо роботу двигуна тільки в тих випадках, коли момент М2 є гальмівним.

Динамічний момент виникає при всякій зміні швидкості обертання вала двигуна І визначається формулою:

М_дин = І (dw/dt), ( 1 )

де I - момент інерції обертових частин двигуна і робочої машини;

w - кутова швидкість обертання.

Якщо швидкість двигуна збільшується, то динамічний момент збільшує гальмівний момент на валу двигуна, а якщо зменшується, наприклад при зупинці двигуна, 'то динамічний момент зменшує загальний гальмівний момент двигуна.

Відповідно до рівняння рівноваги моментів, обертаючий і гальмівний моменти за будь-яких умов роботи двигуна перебувають у взаємній рівновазі, тобто дорівнюють один одному за величиною, але напрямлені в протилежні боки.

М = М₀ + М₂ ± М_дин. ( 2 )

При усталеному режимі роботи швидкість обертання Дви­гуна постійна, а динамічний момент дорівнює нулю. Якщо суму моментів М_о + М₂ назвати статичним моментом опору на валу двигуна (М_ст), то

М = М_ст = М_о+ М₂. ( 3 )

При усталеному режимі роботи обертаючий момент двигуна і статичний момент опору на його валу перебувають у взаємній рівновазі.

Потужність, яку розвиває якір, називають електромагнітною, вона дорівнює

Р_е = Е_яІ_я

Рівняння рівноваги ЕРС

Напруга, підведена до затискачів електричного двигуна, за будь-яких умов і в будь-який момент часу зрівноважується сумою є. р. с. якоря.

При обертанні якоря електродвигуна у магнітному полі полюсів в обмотці якоря індукується е. р. с. ЕдВ. Відповідно до правила правої руки, ця є. р. с. напрямлена проти струму, що протікає в обмотку якоря з мережі, і її тому називають проти є. р. с. (рис. 1, а).

Крім проти е, р. с, в обмотці якоря є ЕРС Е_а, що утворюється на активному опорі кола якоря R_я при протіканні по ньому струму І_я. Чисельно Ея дорівнює спаду напруги на опорі обмотки якоря І_яR_я. Тоді

U= Е_дв + І_яR_я (в).

Рис. 2. Напрям струму і проти ЕРС. в обмотці якоря двигуна:

а - схема; б – векторна діаграма.

де R_я - активний опір всього кола якоря, до якого входять опори обмотки, щіток, перехідного контакту між щіткою і колектором, додаткових полюсів, а також струмопровідних проводів.

З векторної діаграми (рис. 2, б) видно, що прикладена до двигуна напруга зрівноважується проти ЕРС Е_я і ЕРС активного опору Е_а, причому проти ерс E_дв напрямлена проти струму двигуна.

Приклад. Визначити опір пускового реостата для елек­тродвигуна, номінальний струм якого І_ном = 50 А, опір якоря R_я = 0,05 Ом, напруга мережі 230 В.

Розв'язання. Вибираємо пусковий струм в 2 рази більший від номінального: I_{я пуск} = 2 • I_ном = 2х X 50= 100 А.

Визначаємо опір (R) реостата

R_реост.= (U - I_ЯR_Я)/I_Я = (230-100*0,05)/100=2,25 Ом.

Поиск по сайту: