Электрические машины и трансформаторы

   Содержание.

   1.Энергетическая  диаграмма и коэффициент полезного  действия генератора постоянного тока. Зависимость КПД от нагрузки…………………………………………………………...3

   2.Общие  сведения о способах торможения  двигателей постоянного тока………………...6

   3.Внешняя  характеристика трансформатора………………………………………………...7

   4.Задачи……………………………………………………………………………………….10

Список  использованной литературы……………………………………………………………...14  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   1.Энергетическая  диаграмма и коэффициент  полезного действия  генератора постоянного тока. Зависимость КПД от нагрузки.

   Генераторы  постоянного тока являются источниками  постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую.

   Основные  соотношения, характеризующие работу машины в качестве генератора, можно  представить в виде приведенных  ниже уравнений. Эти уравнения справедливы  для всех генераторов независимо от способа их возбуждения.

   Уравнение равновесия напряжения. Напряжение на выводах генератора U всегда меньше наводимой в обмотке якоря ЭДС Е на значение падения напряжения, т. е.  

 

 

   Падение напряжения в цепи якоря состоит  из двух составляющих: I_aΣr_a - падение напряжения в обмотках и ΔU_щ. - падение напряжения в щеточном контакте. Сопротивление Σr_a включает в себя сопротивления обмотки якоря и всех последовательно соединенных с ней обмоток. В общем случае

 

 

   где r_a, r_д, r_с, r_к - сопротивления обмоток: якоря, дополнительных полюсов, последовательной и компенсационной.

   В зависимости от конкретной схемы  генератора часть сопротивлений  в (2) будет отсутствовать.

   Для приближенных расчетов уравнение (1) можно  упростить:

 

 

   где R_a=Σr_a+r_щ. Переходное сопротивление щеточного контакта r_щ  приближенно принимается постоянным и равным

 

 

   Ток якоря генератора I_a обусловлен ЭДС E и всегда имеет с ней одинаковое направление:

 

 

   Уравнение баланса мощностей. Это уравнение получим, если правую и левую части (1) умножим на ток I_a:

 

 

   Произведение  E I_a=P_эм называется электромагнитной мощностью и представляет собой суммарную электрическую мощность, которая получается в результате преобразования механической мощности. Часть этой мощности расходуется в цепи якоря на электрические потери в обмотках (I²_aΣr_a= P_э,а) и в переходном сопротивлении щеточного контакта (ΔU_щI_a= P_э,щ).

   Остальная часть мощности, равная произведению UI_a, является отдаваемой мощностью генератора. В генераторах независимого возбуждения эта мощность поступает во внешнюю сеть и представляет собой полезную мощность генератора P₂:

 

 

   В генераторах параллельного и  смешанного возбуждения полезная мощность P₂, отдаваемая в сеть, меньше на значение мощности, затрачиваемой на возбуждение:

 

 

   К генератору от двигателя, приводящего  во вращение его якорь ,подводится механическая мощность P₁. Большая часть этой мощности преобразуется в электромагнитную P_эм, а другая ее часть расходуется в генераторе на покрытие механических потерь P_мх(трение в подшипниках, вентиляцию), магнитных потерь в стали якоря P_м и добавочных потерь P_д:

 

 

   Для генераторов независимого возбуждения  мощность, затрачиваемая на возбуждение, поступает от постороннего источника, поэтому в левой части (7) следует  принимать 

 

 

   Отношение P₂/P₁=η представляет собой КПД генератора.

   Рассмотренное преобразование мощности в генераторах  постоянного тока для наглядности можно представить в виде энергетической диаграммы (рис. 2). Эта диаграмма построена для генератора параллельного возбуждения.   

        
 
 

   Уравнение равновесия моментов. Поделив правую и левую части уравнения (7) на угловую скорость якоря Ω=2πn/60, получим уравнение момента:

 

 

   или

 

 

   Электромагнитный  момент М в генераторе направлен против вращения и равен М=c_MI_aФ. При увеличении тока I_a возрастает электромагнитный момент и, следовательно, момент и мощность, поступаемая от приводного двигателя.

             

             Коэффициент полезного действия электрической машины представляет собой отношение мощностей отдаваемой (полезной) к подводимой (потребляемой) ,:

   

.

   Определив суммарную мощность вышеперечисленных  потерь

                                             ,                (9)

можно подсчитать КПД машины по одной из следующих  формул:

для генератора

                                         ;                               (10)

   Обычно  КПД машин постоянного тока составляет 0,75—0,90 для машин мощностью от 1 до 100 кВт и 0,90—0,97 для машин мощностью свыше 100 кВт. Намного меньше КПД машин постоянного тока малой мощности. Например, для машин мощностью от 5 до 50 Вт = 0,15÷0,50. Указанные значения КПД соответствуют номинальной нагрузке машины. Зависимость КПД машины постоянного тока от нагрузки выражается графиком , форма которого характерна для электрических машин (рис. 11). 

   

   Рис. 11. Зависимость

 

   Коэффициент полезного действия генератора можно определять: а) методом непосредственной нагрузки по результатам измерений подведенной и отдаваемой мощностей; б) косвенным методом по результатам измерений потерь.

   Метод непосредственной нагрузки применим только для машин малой мощности, для остальных случаев применяется косвенный метод, как более точный и удобный. Установлено, что при > 80 % измерять КПД методом непосредственной нагрузки нецелесообразно, так как он дает большую ошибку, чем косвенный метод.

   Существует  несколько косвенных способов определения КПД. Наиболее прост способ холостого хода двигателя, когда потребляемая машиной постоянного тока мощность затрачивается только на потери х.х. Что же касается электрических потерь, то их определяют расчетным путем после предварительного измерения электрических сопротивлений обмоток и приведения их к рабочей температуре. 
 

   2.Общие  сведения о способах  торможения двигателей  постоянного тока.

   В электроприводах с электродвигателями постоянного тока применяют три  способа торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением.

   Динамическое  торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется путем замыкания обмотки якоря двигателя накоротко или через резистор. При этом электродвигатель постоянного тока начинает работать как генератор, преобразуя запасенную им механическую энергию в электрическую. Эта энергия выделяется в виде тепла в сопротивлении, на которое замкнута обмотка якоря. Динамическое торможение обеспечивает точный останов электродвигателя.