Электрические машины. Асинхронные двигатели (АД). Синхронные машины (СМ), страница 3

Принцип работы: Ток I_В, протекающий по обмоткам возбуждения, создает в магнитной системе машины неподвижный магнитный поток Ф. При вращении якоря с угловой скоростью ω,1/с (или с частотой вращения n,об/мин) в неподвижном магнитном потоке Ф,Вб в обмотке якоря индуцируется ЭДС  Е=сФω= с_еФn, безразлично от режима работы машины (генератором или двигателем). Здесь  с - конструктивная постоянная обмотки якоря.  При работе генератором эта ЭДС создаёт на зажимах якоря разность потенциалов – напряжение U, значение которого при отсутствии нагрузки (I=0) U=Е. При нагрузке (ток I) напряжение U отличается от ЭДС Е на величину падения напряжения в обмотке якоря I R_Я. Уравнение баланса напряжений (второй закон Кирхгофа) для генератора: U=Е–IR_Я. Одновременно при взаимодействии тока I, протекающего по обмотке якоря с магнитным потоком полюсов Ф возникает момент М=сФI, который у генератора будет противодействовать моменту приводного двигателя. При работе двигателем на обмотку якоря подаётся напряжение U, под действием которого по обмотке протекает ток I, при взаимодействии которого с магнитным полем возникает вращающий момент М=сФI, приводящий двигатель во вращение. Одновременно в обмотке якоря индуцируется ЭДС Е=сФω, действующая против приложенного напряжения и называемая противоЭДС, значение которой отличается от напряжения  U на величину падения напряжения в обмотке якоря IR_Я. Уравнение баланса напряжений (второй закон Кирхгофа) для двигателя: U=Е+IR_Я.

Свойства машин постоянного тока зависят от способа возбуждения, отличающего-ся друг от друга способом подключения обмотки возбуждения по отношению к обмотке якоря.

                                                           

а                                 б                                     в                                  г

Рис.4                 

На рис. 4  приведены схемы машин постоянного тока с различными способами возбуждения. Различают четыре способа возбуждения:

- независимое возбуждение, при котором обмотка возбуждения подключается к неза-висимому от цепи якоря источнику постоянного тока (рис.4а);

- параллельное возбуждение, при котором обмотка возбуждения подключается парал-лельно с обмоткой якоря и получает питание от обмотки якоря (у генератора) или от общего с обмоткой якоря источника постоянного тока (рис.4б);

- последовательное возбуждение, при котором обмотка возбуждения последователь-но с обмоткой якоря включается в цепь постоянного тока (рис.4в);

- смешанное возбуждение, при котором машина имеет две обмотки возбуждения – последовательную и параллельную и обладает промежуточными свойствами машин с последовательным и параллельным возбуждением (рис.4г).

Генераторы постоянного тока (ГПТ) могут быть с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. В настоящее время применение их ограничено, так как по сложности устройства, надёжности и стоимости они не выдерживают конкуренции с синхронными генераторами, оснащёнными выпрямителями.

Свойства ГПТ отображаются характеристиками: - холостого хода Е(I_В) – зависи-мость ЭДС (напряжения холостого хода) от тока возбуждения при токе нагрузки I=0;  - внешней характеристикой U(I_Я) - зависимостью напряжения на зажимах якоря  от тока нагрузки при неизменном сопротивлении цепи возбуждения R_B=const; - регули-ровочной характеристикой I_B(I) – зависимостью тока возбуждения от тока нагрузки  при неизменном напряжении на зажимах якоря U=const.

Двигатели постоянного тока (ДПТ), несмотря на низкую надёжность и высокую стоимость, благодаря высокому пусковому моменту и хорошим регулировочным свойс-твам, ещё не полностью уступили место асинхронным двигателям. Все тяговые дви-гатели на электрическом транспорте, строительных и дорожных машинах – двигатели постоянного тока. На рис. 5 приведены схемы ДПТ с различными способами возбуж-дения.

На рис.6 приведены механические характеристики ДПТ с различными способами возбуждения.

Рис.6

На рис.7 – рабочие характеристики ДПТ с последовательным возбуждением.

6

5

                  

Рис.7                                                                            Рис.8

На рис.8 приведены механические характеристики большинства электрических двигателей:

1 – синхронного двигателя;

    2 – двигателя постоянного тока с независимым (параллельным)  возбуждением;

    3 – двигатель постоянного тока со смешанным возбуждением;

    4 – двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением.

5 – асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

6 – асинхронного двигателя с фазным ротором.

У ДПТ электромеханическая (пусковая) характеристика n=(U/cФ)-R_ЯI_Я /cФ. Поскольку M=cФI_Я , для ДПТ с параллельным и независимым возбуждением механическая характеристика имеет вид:

У ДПТ с последовательным и смешанным возбуждением магнитный поток Ф зависит от тока I_Я (последовательная обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно) и эта зависимость аналитически не описывается, механические характеристики строятся по универсальным характеристикам ν(i) и  μ(i) в относительных величинах, где ν=n/n_Н;   μ=M/M_Н; i=I/I_Н ;