Електричні машини постійного струму (Генераторний режим роботи МПС. Двигунний режим роботи МПС)

Файл 8

Електричні машини постійного струму

1. Генераторний режим роботи МПС.

2. Двигунний режим роботи МПС.

1. Генераторний режим роботи МПС

У генераторному режимі роботи МПС перетворює меха­нічну енергію, що підводиться до вала якоря, в електричну енергію, що знімається із затискачів якірного кола. Роз­глянемо цей режим на прик­ладі найпростішої моделі МПС з кількістю полюсів 2р = 2, зображеної на рис. 13.15.

Приводний двигун, механічно з'єднаний з валом генератора, розвиває обертальний момент М і приводить якір генератора до обертання з частотою n.

Рис. 13.15

До затискачів F1 і F2 обмотки збудження (ОЗ) прикладена постійна напруга U₃ і в ній протікає струм збудження , де R₃ - опір цієї обмотки. Напрямок I₃ в витках ОЗ показано на рис. 13.15 позначками «+» і «•». Так у генераторі створюється основний магнітний потік Ф, напрямок магнітних силових ліній визначається правилом буравчика (див. рис. 8.4).

За законом електромагнітної індукції у провідниках обмотки якоря, що перетинають при обертанні магнітні силові лінії, наво­дяться ЕРС е. їхній напрямок відповідає правилу правої руки. Сумарна ЕРС обмотки якоря Е = С_ЕnФ, є постійною.

Ця ЕРС прикладена до щіток, встановлених на колекторі (він показаний на рис. 13.11), і створює на затискачах якірного кола А1 і А2 напругу U. Якщо до цих затискачів підключено навантаження з опором R_н, то по провідниках обмотки якоря будуть протікати струми i_а, що створюють сумарний струм якоря I_а. Він у даному випадку є струмом навантаження, тобто І_а = І_н. У підсумку генератор виробляє електричну енергію з потужністю Р_г = UI_а і віддає її навантаженню.

Для МПС у генераторному режимі можна зобразити елек­тричну схему заміщення (рис. 13.16). Тут у колі обмотки якоря іде­альний елемент Е зображає ЕРС (13.7), елемент R_а - опір кола обмотки якоря. У відповідності з другим законом Кірхгофа для схеми за рис. 13.16 рівняння рівноваги напруг

U=Е-I_аR_a,

із якого випливає, що напруга якоря U менше ЕРС Е на спад напруги в якірному колі І_аR_а. Практично в реальних генераторах існує наступне орієнтувальне співвідношення: якщо U прийняти за 100%, то тоді на Е прийдеться 105%, на R_аІ_а - 5%.

Коло обмотки збудження на рис. 13.16 подано одним резистивним елементом, що заміщує її опір R₃.

Рис. 13.16

Робота МПС у генераторному режимі супроводжується рядом супутніх явищ. До основних з них належить виникнення електро­магнітного моменту (13.14). Дійсно, для цього моменту М_ЕМ забезпечені обидві умови: струм І_а в обмотці якоря й основний магнітний потік Ф. Напрямок дії М_ЕМ (рис. 13.15) відповідає напрямку сил Ампера Р_А. Ці напрямки, як і на рис. 13.12 і 13.13, визначаються за правилом лівої руки. Ураховано, що на рис. 13.15 напрямок струмів і_а в генераторі збігається з напрямком ЕРС е, як збігаються і напрямки сумарних струму І_а і ЕРС Е (рис. 13.16).

Порівняння напрямків моментів на рис. 13.15 показує, що в генераторному режимі електромагнітний момент М_ЕМ є гальмо­вим моментом по відношенню до обертального моменту М привод­ного двигуна. При усталеній частоті обертання, має місце співвід­ношення моментів

М = М_ЕМ + ΔМ,

де ΔМ - відносно мала втрата моменту всередині генератора.

2. Двигунний режим роботи МПС

У двигунному режимі роботи МПС перетворює електричну енергію постійного струму на механічну енергію, приводячи до руху різні машини і механізми. Розглянемо цей режим на прикладі найпростішої моделі МПС (рис. 13.17) з кількістю полюсів 2р = 2.

У цьому режимі, як і в генераторному, обмотка збудження ство­рює в МПС магнітний потік Ф, що вже показано на рис. 13.6 і 13.15.

Постійна напруга U подається на затискачі А1 і А2 і через щітки і колектор - на обмотку якоря, викликаючи в її колі сумарний струм І_а, а в окремих провідниках струми i_а (рис. 13.17), що відпо­відає рис. 13.14.