Электромагнитные устройства и электрические машины. Электрические трансформаторы. Информационные электрические машины. Информационные микромашины и синхронные микродвигатели, страница 25

§3 Процессы преобразования энергии в машинах постоянного тока

П1 Энергетическая диаграмма генератора постоянного тока

Нарисуем схему замещения генератора постоянного тока в виде идеального источника постоянного напряжения и резистора внутреннего  сопротивления (рисунок 27 а).

а                                                                       б

Рисунок 27 Эквивалентная схема и энергетическая диаграмма генератора постоянного тока

На рисунке стрелками показаны условно положительные направление тока напряжения и ЭДС. При работе машины постоянного тока в генераторном режиме истинные и условно положительные направления этих величин совпадают. Поэтому в формуле мощности ток и напряжение генератора положительны и мощность генератора тоже следует считать положительной. В соответствии с законом Ома для участка  цепи с ЭДС имеем:         

Умножим левую и правую части равенства на ток

Или                               (1)

Мощность , стоящая в левой части равенства (1),  называется электромагнитной мощностью, передаваемой через зазор в якорь генератора постоянного тока . Она больше электрической мощности , отдаваемой в сеть  на величину электрических потерь  от протекания тока по внутреннему  сопротивлению генератора. В свою очередь, электромагнитная мощность генератора меньше подводимой к нему механической мощности  на величину механических потерь  в генераторе. Это иллюстрирует энергетическая диаграмма генератора постоянного тока, изображенная на рисунке 27 б. (1)

П2 Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

Рисунок 27 а является  эквивалентной схемой машины постоянного тока, поэтому пригоден  не только для генераторного, но и  для двигательного режима работы. Однако, в двигательном режиме  истинное направление тока противоположно ЭДС, и , значит, противоположно своему  условно положительному направлению . Ток и напряжение в формуле мощности имеют разные знаки , и мощность двигателя следует считать отрицательной. В двигателе напряжение сети больше ЭДС, индуцируемой в обмотке якоря двигателя, на величину падения напряжения в собственном сопротивлении.

Электрическая мощность, получаемая из сети по модулю больше электромагнитной мощности  , на величину омических потерь в обмотках двигателя . Механическая мощность, развиваемая двигателем  по модулю меньше электромагнитной  мощности на величину механических потерь

Это иллюстрирует энергетическая диаграмма, изображенная на рисунке 28.

Рис. 28 Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

П3 Электромагнитная мощность машины постоянного тока

Таким образом, электромагнитная мощность машины постоянного тока, независимо от режима работы машины определяется, как произведение ЭДС, индуцируемой в якоре на ток якоря.

В генераторном режиме знаки тока и ЭДС одинаковы и электромагнитная мощность положительна , в двигательном режиме знаки тока и ЭДС различныи электромагнитная мощность отрицательна. (3)

Выразив ЭДС якоря через полезный магнитный поток и угловую частоту вращения ротора  , имеем:         (4)

П4 Электромагнитный момент машины постоянного тока. Обратимость электрической машины.

В соответствии с соотношением между вращающим моментом, угловой частотой вращения и мощностью  , определим электромагнитный момент машины постоянного тока , как величину пропорциональную электромагнитной мощности и обратно пропорциональной частоте вращения ротора

 (5)

При переходе машины постоянного тока из генераторного в двигательный режим не меняется направление вращения, а меняется только направление тока в якоре.  По этому, в соответствии со знаком электромагнитной мощности, электромагнитный момент генератора будем считать положительным, а электромагнитный момент двигателя отрицательным.

Вопросы для самоконтроля.

1. Нарисуйте энергетическую диаграмму генератора постоянного тока. (1)
2. Нарисуйте энергетическую диаграмму двигателя постоянного тока. (2)
3. Как определяют знак электромагнитной мощности для генератора и двигателя постоянного тока? (3)
4. Запишите формулу электромагнитной мощности машины постоянного тока. (4)
5. Запишите формулу электромагнитного момента машины постоянного тока.