Mașina DC (Figura 1, a) constă din două părți principale:
1) o parte staționară destinată în primul rând pentru crearea unui flux magnetic;
2) piesa rotativă, care se numește ancora și în care are loc procesul de transformare a energiei mecanice într-un electric (generator electric) sau viceversa - într-un motor electric (electric). Piesele staționare și rotative sunt separate unul de celălalt printr-un spațiu.
Partea staționară a mașinii DC constă din polii principali 3 (Figura 2), concepuți pentru a crea fluxul magnetic principal; stâlpi suplimentari 4. instalați între conducător și angajați pentru a obține o funcționare fără scântei a periilor 6 pe colector (figura 1, b); a patului 1.
Ancora 7 este un corp cilindric care se rotește în spațiul dintre poli și constă dintr-un miez de ancorare sertizat; înfășurarea pe care se află; aparate de colectare și perii. În suporturile periilor 5 există perii 6. care asigură contactul culisant cu colectorul în timpul rotației. Ventilatorul și inelul de echilibrare sunt presate pe arborele motorului 2.
Figura 1 - Proiectarea mașinii DC a și colectorului b.
Câștigul colector al plăcilor de cupru izolate unul de altul și de la corp 3. flanșele Push 4 uzate presate micanite bantă 5. flanse impingere sunt izolate una de alta prin distanțieri micanite 2 care strânge piulița inelară 6. înfășurări Secțiunea armături sunt sudate la colectorul 7. Pyetushkov sunt supuse unui tratament termic în așa fel încât să formeze o structură monolitică care exclude bătăile și vibrațiile.
Stâlpul principal constă dintr-un miez (5) de oțel electrotehnic din oțel, gros de 1 mm, fiind încastrat pe știfturi. Pe partea orientată spre armătură, miezul are o piesă polară 6, care servește la facilitarea fluxului magnetic prin spațiul de aer. Pe miezul polului, se pune bobina bobinei de excitație 1, de-a lungul căreia trece un curent constant. Bobina este înfășurată pe cadrul 2. Stâlpii sunt fixați pe cadrul 4 cu ajutorul unor șuruburi speciale 3.
Clasificarea înfășurărilor ancorelor motoarelor de curent continuu
Indiferent de tipul de ancora (inel sau tambur), avem următoarele tipuri de înfășurări de armatură ale mașinilor de curent continuu:
a) bucla simplă; b) valul simplu; c) buclă complexă;
d) undă complexă.
Înfășurările simple formează întotdeauna doar un sistem închis de conductori, în timp ce înfășurările complexe pot forma unul și mai multe astfel de sisteme. În primul caz, vom numi o înfășurare complexă odată închisă. în al doilea caz este închis în mod repetat.
Să presupunem că ancora mașinii (Figura 3, a) este rotită în sensul acelor de ceasornic. Apoi, în conductoarele de înfășurare a armăturii, EMF este indus, direcția căruia poate fi determinată de regula mâinii drepte și este prezentată în Figura 3, a. Din moment ce se presupune că fluxul de poli este neschimbat, acest EMF este indus doar de rotația armăturii și se numește EMF de spin.
Mărimea înfășurării armăturii EMF indusă în conductor.
Figura 3 - Lucrul celui mai simplu
Aparatele DC în modul
generatorul (a) și motorul (b)
unde este mărimea inducției magnetice în spațiul de aer dintre pol și armătură la locul conductorului; - lungimea activă a conductorului dintre pol și armătură la locul conductorului, adică Această lungime, în timpul căreia se află într-un câmp magnetic; Viteza liniară a conductorului.
În ambele conductori, datorită simetriei, sunt induse EMF-uri identice, care de-a lungul conturului rândului sunt adăugate și, prin urmare, emf-ul total al armăturii mașinii
EMF este variabilă, deoarece conductorii bobinei de armatură trec alternativ sub polii nordici și sudici, drept urmare direcția EMF din conductoare variază.
Frecvența EMF într-o mașină bipolară este egală cu viteza de rotație a armăturii. exprimată în revoluții pe secundă:
și în general, atunci când mașina are o pereche de poli cu polaritate alternantă,
În generator, colectorul este un redresor mecanic, care transformă curentul alternativ al înfășurării armăturii la un curent constant în circuitul extern.
Tensiunea de curent continuu la bornele armăturii de generare va fi mai mică de amploarea căderii de tensiune în rezistența de înfășurare a armăturii:
Conductorii bobinei de armare cu curent sunt într-un câmp magnetic și, prin urmare, forțele electromagnetice vor acționa asupra lor:
a cărei direcție este determinată de regula mâinii stângi.
Aceste forțe creează un cuplu mecanic. care se numește momentul electromagnetic și în figura 3a. este
unde este diametrul ancorei. Așa cum se poate vedea din figura 3a. în modul generator, acest cuplu acționează împotriva direcției de rotație a armăturii și întârzie.
Cea mai simplă mașină în cauză poate funcționa și ca motor dacă un curent constant este alimentat de la sursa externă la înfășurarea armăturii sale. În același timp, forțele electromagnetice vor acționa asupra conductorilor de înfășurare a armăturii și va apărea un moment electromagnetic. Valori și. precum și pentru generator, sunt determinate de egalități (3.6) și (3.7). La o valoare suficientă, ancora mașinii se va roti și va dezvolta putere mecanică. Cuplul în acest caz este de conducere și acționează în direcția de rotație.
Dacă vrem aceeași direcție de rotație pentru aceeași polaritate a polilor direcției de rotație a generatorului (figura 3a) și a motorului (figura 3, b), atunci direcția de acțiune. și, prin urmare, direcția curentului din motor trebuie să fie inversă în comparație cu generatorul (figura 3, b).
În modul motor, colectorul convertește curentul DC consumat din circuitul extern într-un curent alternativ în bobina de armare și funcționează astfel ca un invertor mecanic de curent.
Conductorii de înfășurare a armăturii se rotesc, de asemenea, într-un câmp magnetic și, prin urmare, EMF este, de asemenea, indus în înfășurarea armăturii motorului. a cărui valoare este determinată de (3.2). Direcția acestui EMF în motor (figura 3, b) este identică cu cea a generatorului (figura 3, a). Astfel, în motor, EMF a armăturii este îndreptată împotriva curentului și a tensiunii aplicate la clemele armăturii. Prin urmare, EMF a armăturii motorului se numește și forța contra-electromotoare.
Tensiunea aplicată armăturii motorului este echilibrată de EMF și căderea de tensiune în bobina de armare:
Din cele de mai sus rezultă că fiecare mașină DC poate funcționa atât în modul generator, cât și în modul motor. Această proprietate este inerentă tuturor tipurilor de mașini electrice rotative și se numește reversibilitate.
Pentru a muta aparatul de la un mod de motor și generator de curent continuu modul de spate, cu o polaritate constantă a polilor și perii și cu direcția de rotație neschimbate necesită doar schimbarea direcției curentului în înfășurarea armăturii.
Prin urmare, o astfel de tranziție poate fi realizată foarte simplu și, în anumite condiții, chiar automat.
Figura 4 prezintă direcțiile de acțiune ale unor cantități mecanice și electrice în generatorul și în armătura motoarelor cc.
Figura 4 - Direcția curentului și a cuplului EMF în generator (a) și motor (b) curent continuu.
Conform primei legi a lui Newton în aplicarea unui corp rotativ, momentele de acționare și de întârziere care acționează asupra acestui corp se echilibrează reciproc. Prin urmare, în generatorul în stare de funcționare la starea de echilibru, momentul electromagnetic
în care - cuplul arborelui generatorului dezvoltat de primul motor, - cuplul de frecare în lagărele colectorul de aer și mașina, - cuplul de frânare cauzate de pierderi prin histerezis și curenți turbionari în miez armătură.
Aceste pierderi de putere apar ca urmare a rotirii miezului armăturii în câmpul magnetic staționar al polilor. Forțele electromagnetice rezultate exercită un efect inhibitor asupra ancorei și, în acest sens, se manifestă ca niște forțe de fricțiune.
În motorul cu funcționare staționară
unde - cuplul de frânare pe arborele motorului, dezvoltat de mașina de lucru (mașină, pompă etc.).
În generatorul este un motor și în cuplul de frânare al motorului, și în ambele cazuri și opus în direcție.
Puterea dezvoltată de momentul electromagnetic se numește putere electromagnetică și este egală cu
este viteza unghiulară de rotație.
În armătura care înfășoară sub influența EMF și curentului, puterea electrică internă a armăturii
Conform egalităților (4.5) și (4.6), și anume puterea electrică internă a armăturii este egală cu puterea electromagnetică dezvoltată de momentul electromagnetic, care reflectă procesul de conversie a energiei mecanice în energie electrică în generatorul și procesul invers în motor.
și pentru motor
Partea stângă a acestor expresii sunt puteri electrice la clemele de armătură, primele elemente ale părților drepte sunt puterea electromagnetică a armăturii, iar ultimii termeni sunt pierderile de putere electrică din armătură.
Conform acestor expresii, puterea mecanică dezvoltată de către arborele primar al motorului generatorului, mai puține pierderi mecanice și magnetice este transformată în energie electrică în înfășurarea armăturii și puterea electrică minus pierderile din bobină este dată într-un circuit extern. Puterea electrică a motorului alimentat la armătura unui circuit extern, parțial consumată în pierderi în armătura de lichidare, iar restul este transformată într-o intensitate a câmpului electromagnetic și ultima - în puterea mecanică, care este mai puțin pierderile de frecare si pierderea de fier armătură transferate pe mașina de lucru.
Dispoziții generale. Atunci când o mașină electrică funcționează, o parte din energia sa este pierdută și este disipată sub formă de căldură. Puterea energiei pierdute se numește pierdere de putere sau pur și simplu pierdere.
Pierderile din mașinile electrice sunt împărțite în bază și suplimentare. Pierderile principale apar ca urmare a principalelor procese electromagnetice și mecanice care apar în mașină, iar pierderile suplimentare se datorează diferitelor fenomene secundare. În mașinile electrice rotative, pierderile principale sunt împărțite în 1) pierderi mecanice, 2) pierderi magnetice (pierderi în oțel) și 3) pierderi electrice.
Pierderile electrice includ pierderile în bobine, care sunt numite, de asemenea, pierderi în cupru, deși înfășurările nu sunt întotdeauna fabricate din cupru, pierderi în reostatele de ajustare și pierderile în rezistența tranzitorie a contactelor periei.
Pierderile mecanice constau în 1) pierderi lagărelor, 2) pierderile de frecare ale periilor față de colector sau inele de contact și 3) pierderile de ventilație, care includ pierderile prin frecare ale părților mașinii legate de aer și alte pierderi asociate cu ventilarea mașinii.
Pierderile la rulmenți depind de tipul de rulmenți (rulant sau alunecare), în funcție de suprafețele de frecare, tipul de lubrifiant etc.
Pierderile de frecare ale periilor pot fi calculate din formula
Pierderea ventilației depinde de proiectarea mașinii și de tipul de ventilație. În mașinile autonivelante cu ventilator centrifugal încorporat, pierderile de ventilație se calculează aproximativ prin formula:
unde este cantitatea de aer pompat prin mașină;
- viteza periferică a aripilor de ventilație prin diametrul lor exterior;
Pierderi mecanice generale
După cum reiese din cele de mai sus, în fiecare mașină dat, pierderile depind doar de viteza de rotație și sunt independente de sarcină. La mașinile de curent continuu cu putere de 10 - 500 kW, pierderile sunt de aproximativ 2 - 0,5% din puterea nominală a mașinii.
Pierderile magnetice includ pierderile datorate histerezisului și curenților turbionari cauzați de inversarea magnetizării miezurilor de oțel activ. Pentru a calcula aceste pierderi, miezul este împărțit în părți, în fiecare dintre care inducția magnetică este constantă. De exemplu, în mașinile de curent continuu, pierderile din miezul armăturii și dinții din armătură sunt calculate separat.
Pierderile magnetice includ, de asemenea, astfel de pierderi suplimentare, care depind de magnitudinea fluxului principal al mașinii (fluxul de poli) și sunt cauzate de structura zimțată a miezurilor. Aceste pierderi sunt de asemenea numite pierderi adiționale de ralanti, deoarece acestea există într-o mașină excitată deja la ralanti. Aceste pierderi la mașinile de curent continuu includ, mai presus de toate, pierderile de suprafață din polii cauzate de angrenajul de ancorare.
Dacă sunt prezente și caneluri în polii mașinii DC (în prezența unei înfășurări compensatoare), fluctuațiile fluxului magnetic apar în dinții și polii de armătură ca urmare a mișcării lor reciproce. Curenții dinți sunt maximi atunci când dintele de ancorare este localizat pe dintele polului și este minim când un canal este localizat împotriva dintelui. Frecvența acestor pulsații este de asemenea mare. În acest caz, există pierderi de pulsație în dinți și pierderi de suprafață și pe suprafața exterioară a ancorei.
Pentru pierderile adiționale de ralanti, pierderile care apar în bandajele de sârmă, suporturile de înfășurare și în alte părți atunci când se rotesc în câmpul magnetic al polilor vor dispărea de asemenea.
Pierderi totale magnetice
Pierderile electrice din fiecare înfășurare sunt calculate prin formula. Rezistența înfășurării depinde de temperatura acesteia. În mașinile cu curent continuu există două circuite electrice: circuitul de armare și circuitul de excitație. Prin urmare, pierderile în circuitul de armatură și în circuitul de excitație sunt de obicei calculate.
Pierderile din înfășurări pot fi exprimate și în funcție de densitatea curentului în înfășurare și de greutatea înfășurării (fără izolație)
Pierderile electrice sunt, de asemenea, atribuite pierderilor în reostatele de control și pierderilor în rezistența tranzitorie a contactelor periei. Mărimea pierderilor în rezistența de contact a contactelor periei pentru periile de aceeași polaritate se calculează prin formula
unde este căderea de tensiune pe contactul periei.
Pierderi suplimentare. Acest grup include pierderile cauzate de diverse fenomene secundare atunci când mașina este încărcată.
În mașinile cu curent continuu, o parte din pierderile luate în considerare rezultă din distorsiunea curbei câmpului magnetic din spațiul de aer sub sarcină datorită reacției transversale a armăturii. Drept rezultat, fluxul magnetic distribuit de-a lungul dinților și secțiunea din spate a armăturii inegal de la o margine a vârfului pol și dinții de inducție, în partea din spate a armăturii este redusă, iar celălalt capăt este mărit. Această distribuție inegală a debitului determină o creștere a pierderilor magnetice, la fel cum o distribuție neuniformă a curentului în conductor determină o creștere a pierderilor electrice. Datorită acestei distribuții neuniforme a debitului, pierderile de suprafață ale pieselor de polaritate cresc și ele. În prezența lichidării compensatorii, partea considerată a pierderilor suplimentare este practic absentă.
O altă parte a pierderilor suplimentare în mașinile de curent continuu este legată de comutare. Atunci când fluxurile de împrăștiere a secțiunilor comutate se schimbă în timp, curenții conductori induc curenți turbionari în conductorii înfășurării. Curentul suplimentar de comutare cauzează și pierderi suplimentare.
În practică, se estimează pierderi suplimentare pe baza datelor experimentale sub forma unui anumit procentaj din puterea nominală. Conform GOST 11828-66, sunt luate aceste pierderi pentru mașini de curent continuu la sarcina nominală: în absența compensării înfășurării egală cu 1,0%, iar în prezența bobinei compensatoare este egală cu 0,5% din puterea de ieșire a generatorului și puterea condusă la motor. Pentru alte sarcini, aceste pierderi sunt recalculate proporțional cu pătratul curentului de sarcină.
Toate tipurile de pierderi suplimentare, care nu sunt direct legate de procesele electrice din circuitele de înfășurare a mașinilor, sunt acoperite de puterea mecanică pe arborele mașinii.
Pierderile totale sau totale reprezintă suma tuturor pierderilor:
Articole similare
-
Proiecte de bază și calcule ale alimentatoarelor, platformă de conținut
-
Modurile de spălare din mașina de spălat sunt de bază și suplimentare
Trimiteți-le prietenilor: