Потери и КПД машины постоянного тока.

В машинах постоянного тока имеют место магнитные, электрические и механические потери (составляющие группу основных потерь) и добавочные потери.

Магнитные потери. Магнитные потери Рм происходят только в сердечнике якоря, т.к. только этот элемент магнитопровода машины постоянного тока подвергается перемагничиванию. Величина магнитных потерь, состоящих из потерь на гистерезис, и потерь от вихревых токов, зависит от частоты перемагничивания (от частоты вращения якоря), значений магнитной индукции в зубцах и спинке якоря, толщины листов электротехнической стали, ее магнитных свойств и качества изоляции этих листов в пакете якоря.

Электрические потери. В коллекторной машине постоянного тока электрические потери обусловлены нагревом обмоток и щеточного контакта. Потери в цепи возбуждения определяются потерями в обмотке возбуждения и в реостате, включенном в цепь возбуждения: . Потери в обмотках цепи якоря , где - сопротивление обмоток в цепи якоря. Электрические потери также имеют место и в контактных щетках: , где - переходное падение напряжения. Электрические потери в цепи якоря и в щеточном контакте зависят от нагрузки машины, поэтому их называют переменными.

Механические потери. В машине постоянного тока механические потери складываются из потерь от трения щеток о коллектор , трения в подшипниках и потерь на вентиляцию: . Механические и магнитные потери при стабильной частоте вращения можно считать постоянными. Сумма магнитных и механических потерь составляют потери хх

В машинах постоянного тока имеется ряд трудно учитываемых потерь, называемых добавочными. Эти потери складываются из потерь от вихревых токов в меди обмоток, потерь в уравнительных соединениях, в стали якоря и тд. Они принимаются равными от 0,5 до 1% от полезной мощности.

КПД. Представляет собой отношение мощностей: отдаваемой (полезной) Р2 к подводимой (потребляемой) Р1: η=Р2/Р1.

Определяем суммарную мощность выше перечисленных потерь

_{можно посчитать КПД машины:}

для генератора

для двигателя

КПД можно определить 2 методами:1)Методом непосредственной нагрузки по результатам измерений подведений Р₁и отдаваемой Р₂.2)Косвенным методом по результатам измерений и последующих вычислений потерь.

 

27. Механические характеристики двигателя постоянного тока.

Рассмотрим двигатель с параллельным возбуждением в установившемся режиме работы (рис. 14). Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. , откуда

(6)

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения якоря n₂ от момента на валу M₂ при U = const и I_в = const.
Уравнение (6) является уравнением механической характеристики двигателя с параллельным возбуждением.
Рис. 14

Эта характеристика является жесткой. С увеличением нагрузки частота вращения такого двигателя уменьшается в небольшой степени (рис. 15).

На рисунке 16 изображен двигатель последовательного возбуждения. Якорная обмотка и обмотка возбуждения включены последовательно.

Рис. 15

Рис. 16

Ток возбуждения двигателя одновременно является током якоря. Магнитный поток индуктора пропорционален току якоря.

где k - коэффициент пропорциональности.
Момент на валу двигателя пропорционален квадрату тока якоря.

откуда

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения является мягкой (рис. 17).

Рис. 17

Уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения выглядит следующим образом:

С увеличением нагрузки скорость двигателя резко падает.
С уменьшением нагрузки на валу двигатель развивает очень большую частоту вращения. Говорят, что двигатель идет вразнос. Работа двигателя последовательного возбуждения без нагрузки недопустима.
Двигатель смешанного возбуждения имеет механическую характеристику, представляющую собой нечто среднее между механическими характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения.
Двигатели с параллельным возбуждением применяются для привода станков и различных механизмов, требующих широкой, но жесткой регулировки скорости.
Двигатели с последовательным возбуждением применяются в качестве тяговых двигателей электровозов, трамваев и т.д., когда жесткость, то есть рывки момента недопустимы.

28.Торможение двигателей постоянного тока

При необходимости быстрой остановки или уменьшения частоты вращения осуществляют торможения двигателя. Торможение с использованием электромагнитного момента электрической машины называется электрическим торможением.

Различают три вида торможения: рекуперативное, динамическое и противовключением.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным, так как оно основано на переводе двигателя в генераторный режим с отдачей энергии в сеть.

Если при работе двигателя в режиме холостого хода к его валу приложить момент, направленный в сторону вращения якоря, то частота вращения, а следовательно и ЭДС начнут возрастать.

Когда ЭДС достигнет напряжения U, машина не будет потреблять из сети ток. При дальнейшем увеличении внешнего момента ЭДС станет больше напряжения U, а в цепи якоря появится ток, но другого направления. При этом машина перейдет в генераторный режим. Электромагнитный момент машины также меняет свое направление и становится тормозящим по отношению к внешнему моменту, действующему на вал машины. Величина тормозного момента регулируется током возбуждения.

Динамическое торможение основано на том, что обмотка якоря двигателя отключается от сети и замыкается на нагрузочное сопротивление. При этом механическая энергия вращающейся части преобразуется в электрическую энергию, которая расходуется на нагрев нагрузочного сопротивления. Ток якоря в этом режиме меняет свое направление, а создаваемый им электромагнитный момент оказывает тормозящее действие.

Торможение противовключением применяется при необходимости интенсивного торможения. Сущность его состоит в том, что путем изменения тока в обмотке возбуждения (либо в обмотке якоря) меняют направление электромагнитного момента двигателя, который становится тормозящим.