Электродвижущая сила обмотки якоря и электромагнитный момент

ЭДС якоря

Среднее значение ЭДС, индуктируемой в одном проводнике обмотки якоря, равно.

.

где — среднее значение индукции в воздушном зазоре; l — длина сердечника якоря; - линейная скорость вращения якоря; n — частота вращения якоря; D — диаметр якоря.

Длину окружности якоря выразим через полюсное деление ?

тогда .

Значение ЭДС обмотки якоря равно.

.

где N — число эффективных проводников обмотки якоря; 2а — число параллельных ветвей.

Подставив в выражение для, получим.

или, где .

Электромагнитный момент

Электромагнитная сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, равна.

.

где — ток, протекающий по проводнику.

Электромагнитный момент машины равен.

.

Так как, , получим, где .

Генераторы постоянного тока

Общие сведения о генераторах постоянного тока

Классификация генераторов постоянного тока. Генераторы постоянного тока могут быть независимого возбуждения и с самовозбуждением (рис.12).

Генераторы независимого возбуждения делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением (рис. 12, а), в которых обмотка возбуждения подключена к постороннему источнику постоянного тока, и на магнитоэлектрические генераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения подразделяются на генераторы параллельного возбуждения (рис. 12,б), генераторы последовательного возбуждения (рис. 12,в), генераторы смешанного возбуждения (рис. 12,г). Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, расположенные на главных полюсах: параллельную и последовательную.

Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения представлена на рис. 13. Подводимая механическая мощность к валу генератора P1 без потерь механических, магнитных и добавочных преобразуется в электромагнитную мощность, которая частично тратится на электрические потери в цепи якоря, а остальная часть представляет собой полезную мощность — потери в ОВ.

На основании изложенного следует.

Рис. 13.

Уравнение вращающих моментов. Если обе части выше записанного уравнения разделить на угловую частоту вращения якоря, то получим.

.

где — вращающий момент на валу генератора; - электромагнитный момент, развиваемый якорем; - момент холостого хода.

В неустановившемся режиме, когда частота вращения n изменяется, возникает динамический момент вращения.

.

где J — момент инерции вращающейся части.

В общем случае, когда ,.

.

где — статический момент.

Уравнение ЭДС и напряжений генератора. Напряжение на клеммах обмотки якоря генератора равно.

.

где — ЭДС обмотки якоря; - полное сопротивление цепи якоря; - сопротивление обмотки якоря; - сопротивление щеточного контакта.

Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока параллельного возбуждения. Принцип самовозбуждения основан на том, что магнитная система машины, будучи намагничена, сохраняет небольшой остаточный поток (порядка 2 3% от номинального потока возбуждения).

При вращении якоря поток индуктирует в якорной обмотке остаточную ЭДС. Так как обмотка возбуждения подключена к цепи якоря по ней начинает протекать ток iв, который создает. Если потоки и действуют согласно, то возрастает ЭДС обмотки якоря, что будет увеличивать ток возбуждения. И это будет происходить до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешано падением напряжения цепи возбуждения, т. е. .

На рис. 14 совмещены характеристика холостого хода генератора (1) и зависимость падения напряжения обмотки возбуждения (2). Угол наклона прямой (2) пропорционален сопротивлению цепи возбуждения.

Рис. 14.

Точка пересечения, А соответствует окончанию процесса самовозбуждениия. Однако при некотором сопротивлении цепи возбуждения зависимость становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода (3, угол). В этих условиях генератор не самовозбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при котором прекращается самовозбуждение генератора, называется критическим ().

Самовозбуждение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей некоторое значение, называемое критическим. Характеристика холостого хода (4) соответствует критической частоте вращения генератора.

Таким образом, самовозбуждение генератора постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий: 1. Наличие остаточного магнитного потока; 2. Поток обмотки возбуждения должен совпадать по направлению с остаточным магнитным потоком; 3. Сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического; Частота вращения якоря должна быть достаточной, больше критической.