Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
ллекторный двигатель ведет себя так же, как двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Работа же двигателя на переменном токе имеет ряд специфических особенностей.
Электромагнитный момент при работе на переменном токе. В рассматриваемом режиме ток якоря ia и магнитный поток Ф изменяются по синусоидальному закону:
;(2.104)
,(2.105)
где ? угол, возникающий из-за потерь мощности в стали. Мгновенное значение электромагнитного момента
.(2.106)
Графики изменения тока ia, магнитного потока Ф и электромагнитного момента т показаны на рис.2.105, а. Очевидно, что момент двигателя можно представить в виде двух составляющих: постоянной
(2.107а)
и переменной, которая изменяется с двойной частотой,
(2.107б)
Рис.2.105 Графики изменения тока, потока и электромагнитного момента универсального коллекторного двигателя и его векторная диаграмма при работе на переменном токе
Электромагнитный момент двигателя является переменным, а в отдельные промежутки времени даже тормозным, однако якорь двигателя вращается с равномерной частотой, так как он имеет сравнительно большой момент инерции. Среднее значение момента
Характеристики двигателя при работе на переменном токе
Векторная диаграмма однофазного коллекторного двигателя (рис.2.106, б) строится на основании уравнения
(2.108)
где ?r и ?x суммы активных и реактивных сопротивлений в цепи обмотки якоря.
Э. д. с, индуктируемая в обмотке якоря,
,(2.109)
.
Из (6.109) можно получить зависимость частоты вращения от тока якоря:
.(2.110)
На основании (2.108) и (2.109) строятся зависимости n = f(Iа), M = f(Ia) и n= f(M). Так как способ возбуждения машины при работе на постоянном и переменном токе остается неизменным, а формулы (2.108) и (2.109) для частоты вращения n и момента М имеют такую же структуру, как и формулы (2.76) и (2.77а), механические характеристики двигателя при работе в двух указанных режимах будут приблизительно одинаковыми. Однако при переменном токе в числителе (2.109) появляется дополнительный член jIа?x сдвигающий механическую характеристику двигателя в область более низких частот вращения (рис.2.106, а, кривая 2). Для того чтобы приблизить ее к механической характеристике, имеющей место при работе на постоянном токе (кривая 1), часть витков обмотки возбуждения при переходе на питание переменным током отключают, т.е. уменьшают магнитный поток машин. При этом обеспечивается одинаковая номинальная частота вращения двигателя в обоих режимах работы (кривая 3).
Рис.2.106 Механические и рабочие характеристики универсального коллекторного двигателя
В связи с уменьшением магнитного потока двигателя при работе на переменном токе его магнитная система оказывается менее насыщенной, чем при работе на постоянном токе. Поэтому при работе в рассматриваемом режиме зависимость M = f(Ia) приближается к параболической; зависимость n = f(Ia) к гиперболической в большем диапазоне изменения тока, чем при постоянном токе, а механическая характеристика становится более мягкой.
Рабочие характеристики двигателя при его работе на постоянном (сплошные линии) и переменном (штриховые линии) токе имеют приблизительно одинаковую форму. При переменном токе ток якоря больше, чем при постоянном токе, из-за появления реактивной составляющей и увеличения активной составляющей вследствие возрастания потерь в стали. По этим же причинам к. п. д. двигателя при переменном токе меньше, чем при постоянном.
Регулирование частоты вращения при работе на постоянном токе осуществляют путем включения в цепь якоря реостата, изменения питающего напряжения и тока возбуждения (путем шунтирования обмотки возбуждения реостатом). При переменном токе регулирование частоты вращения осуществляют в основном изменением питающего напряжения; режевключением реостата в цепь якоря.
Рис.2.107 Возникновение реактивной и трансформаторной э. д. с. в универсальном коллекторном двигателе
Коммутация при работе на переменном токе. В этом случае в коммутируемой секции кроме реактивной э. д. с. ер индуктируется еще трансформаторная э.д.с. етр, так как эта секция пронизывается переменным магнитным потоком. Реактивная э.д.с. возникает так же, как и в машине постоянного тока, в результате изменения тока ia в коммутируемой секции при переходе ее из одной параллельной ветви в другую. Однако в данном случае токи +ia и ia в каждой параллельной ветви (рис.2.107, а) не остаются постоянными, а изменяются по синусоидальному закону .
Следовательно, реактивная э.д.с. eр, пропорциональная производной di/dt, будет зависеть от величины тока ia в момент коммутации, т.е. в разные моменты времени она будет различной. Если пренебречь периодом коммутации Тк по сравнению с временем Т0 между двумя последовательными коммутациями, то можно считать, что производная
,(2.111)
а реактивная э.д.с.
,(2.112)
где максимальное значение реактивной э.д.с, которое имеет место при максимальном токе якоря Iam.
Таким образом, реактивная э. д.с. совпадает по фазе с током якоря. Она пропорциональна частоте вращения n (период коммутации Т