Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
, так как его напряжение Uг увеличивается при возрастании тока нагрузки Iн (рис.2.58, а). Поэтому при случайном отклонении тока якоря от некоторого установившегося значения Iн, при котором Uг = U (точка А), машина сбрасывает нагрузку или переходит в режим работы, соответствующий очень большому току.
Внешняя характеристика генератора со смешанным возбуждением (рис.2.58, б) имеет две точки пересечения с прямой U = const. Точка А соответствует неустойчивому режиму работы, а точка В-устойчивому. Однако и генератор со смешанным возбуждением для параллельной работы с сетью применяют редко, так как для него характерны броски тока при переходе из неустойчивого режима в устойчивый.
Рис.2.58 Определение тока нагрузки при подключении к сети генераторов с последовательным и смешанным возбуждением
2.10 Электродвигатели постоянного тока
Машина постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением, подключенная к сети с постоянным напряжением U, может работать как в генераторном, так и в двигательном режиме и переходить из одного режима работы в другой.
Для контура обмотка якоря сеть можно согласно II закону Кирхгофа написать уравнение
,(2.73а)
Откуда
.(2.73б)
Если Е > U, то ток Iа совпадает по направлению с э. д. с. Е и машина работает в генераторном режиме (рис.2.59, а). При этом электромагнитный момент М противоположен направлению вращения n, т.е. является тормозным. Уравнение (2.73а) для генераторного режима может быть записано в виде
U = E-Ia?r(2.74а)
Если же Е <.U, то ток Iа в уравнении (2.73б) меняет свой знак и будет направлен против э. д. с. Е. В соответствии с этим изменит свой знак и электромагнитный момент М, т.е. он будет действовать по направлению вращения n. При этом машина будет работать в двигательном режиме (рис.2.59, б) и уравнение (2.73а) примет вид
,(2.74б)
если за положительное направление тока Iа для двигигильного режима принять его направление, встречное к э.д.с, Е.
Рис.2.59 Направление тока I0 и электромагнитного момента М при работе машины постоянного тока в генераторном и двигательном режимах
Таким образом, генераторы с независимым и параллельным возбуждением, подключенные к сети с напряжением U, автоматически переходят в двигательный режим, если их э. д. с. Е становится меньше напряжения сети U. Точно так же рассматриваемые двигатели автоматически переходят в генераторный режим, когда их э. д. с. Е становится больше U.
Рис.2.60 Схема двигателя с параллельным возбуждением, зависимости его момента и частоты вращения от тока якоря
При работе машины постоянного тока в двигательном режиме э. д. с. Е и вращающий момент M определяются теми же формулами, что и для генератора
;(2.75)
,(2.76)
но момент имеет противоположное направление. Из (2.74б) и (2.75) можно получить формулу для определения частоты вращения
.(2.77)
Свойства двигателей постоянного тока, как и генераторов, в основном определяются способом питания обмотки возбуждения. В связи с этим различают двигатели с параллельным, независимым последовательным и смешанным возбуждением. Схемы включения двигателей отличаются от схем включения соответствующих генераторов только наличием пускового реостата, который вводится для ограничения тока при пуске.
Двигатель с параллельным возбуждением. В этом двигателе (рис.2.60, а) обмотка возбуждения подключена параллельно с обмоткой якоря к сети. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат rр.в, а в цепь якоряпусковой реостат rп. Характерной особенностью двигателя является то, что ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Ia (тока нагрузки), так как питание обмотки возбуждения по существу независимое. Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя не зависит от нагрузки. При этом условии согласно (2.76) и (2.77) получим, чтс зависимости M = f(Ia) и n=f(Ia) (моментная и скоростная характеристики) будут линейными (рис.2.60, б). Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя n = f(M) (см. рис.2.61, а). Если в цепь якоря включен добавочный резистор или реостат с сопротивлением rп, то
,(2.77а)
где n0 = U/(сеФ) частота вращения при холостом ходе; ?n = (?r + rп) Iа/(сеФ) уменьшение частоты, обусловленное суммарным падением напряжения во всех сопротивлениях, включенных в цепь якоря двигателя.
Величина ?n, т.е. сумма сопротивлений ?r + rп, определяет наклон скоростной n = f(Ia) и механической М = f(Iа) характеристик к оси абсцисс. При отсутствии в цепи якоря добавочного сопротивления rп указанные характеристики будут жесткими (естественные характеристики 1 на рис.2.60, б и 2.61, а), так как падение напряжения Iа?r в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при номинальной нагрузке составляет лишь 35% от Uном. При включении добавочного сопротивления rп угол наклона этих характеристик возрастает, вследствие чего образуется семейство реостатных характеристик 2, 3, 4, соответствующих различным значения