Законы электротехники и электромеханики, лежащие в основе действия ЭМ.

Законы электротехники и электромеханики, лежащие в основе действия ЭМ.

Законы электротехники.

1. Закон электромагнитной индукции

- закон Фарадея(ЭДС в проводнике пропорциональна индукции в месте расположения проводника, длине и скорости нормальной к ее направлению магнитосиловых линий); - закон Максвелла (ЭДС, которая индуцируется в контуре, - потокосцепление с контуром, ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения потокосцепления).

2. Закон электромагнитных сил.

- сила, которая действует на проводник в магнитном

поле будет пропорциональна индукции в месте расположения проводника, длине проводника, току в проводнике и синусу угла между направлением магнитосиловых линий и направлением проводника.

3. Закон полного тока.

, интеграл по замкнутому контуру от произведения составляющей напряженности магнитного поля по направлению на равно полному току, охватываемому контуром интегрирования.

Законы электромеханики.

1. Электромеханическое преобразование энергии не может проходить с КПД 100%.

2. ЭМ обратимы, т.е. ЭМ может работать как генератором, так и двигателем.

3. Электромеханическое преобразование энергии происходит посредством полей, неподвижных одно относительно другого.

Режимы асинхронных машин (АД) и ВД.

1. Асинхронный двигатель.

n=0 S=1., n=n1 S=0

Направление ЭДС – по правилу правой руки, электромагнитного момента – по правилу левой руки.

При прохождении по обмотке статора переменного тока обр-ся вращающееся магнитное поле, к-ое пересекает проводники ротора. В роторе индуцируется ЭДС, и протекают токи. Роторный проводник с током взаимодействует с полем статора, образуется вращающий магнитный момент.

Поле крутится быстрее ротора и напр-е вр-я по правой руке

При работе в режиме АД машина потребляет из сети активную мощность, к-ая идет на покрытие потерь и преобразовывается в механическую мощность. Вместе с этим АМ потребляет из сети реактивную мощность, к-ая идет на создание магнитного поля.

По мере ¯ нагр т.1 будет перемещ в т.2, 3 и т, 4-режим х.х(идеального)Если I2=0, то Мэ/м тоже=0, и в режиме реального Х.Х., которому соответствует s=0, потери в стали и потери в меди будут покрываться за счет мощности, потребляемой из сети, а механические и добавочные потери будут покрываться за счет мощности, подведенной от дополнительного двигателя, сочлененного с исследуемым.

Е₂_S=E₂*S, S=0, Е₂_S=0, I₂=0

Асинхр. – поле и ротор двигаются с разными скоростями.

Если будет происходить изменение тока нагрузки ( ), то магнитный поток не будет меняться.

Поскольку падение U примерно 5 %Uном, то с ростом нагрузки при равенстве должна изменяться ЭДС ( ), т.е. магнитный поток. Однако изменение потока также составляет несколько процентов от номинального, поэтому принято считать, что магнитный поток остается неизменным.

2. Асинхронный генератор.

n=n1 S=0, n=+_∞ S= - _∞

Рассмотрим режим раб АГ ротор вращ быстрее поля статора, то поле будет двиг в противоп направлении к вращению ротора. Электромагнитный момент является тормозным.

Из полученного выражения следует, что изменение знака скольжения при переходе из двиг. режима в генераторный приводит к изменению направления акт. составляющей тока. Реакт. Составляющая своего направления не меняет. Т.о. в случае работы в режиме АГ ЭМ выдает в сеть акт. мощность и потребляет из сети реактивную, к-ая идет на создание магнитного поля.

АГ имеет малое распространение в пром-ти поскольку мощность, к-ая тратится на возбуждение составляет 20-40% от номинальной. В то время как у СГ, к-ые работают на электростанциях, она составляет порядка 1%.

Для получения реакт. мощности в случае автономной работы АГ используется батарея конденсаторов.

Для самовозбуждения необходимо, чтобы ротор обладал остаточной намагниченностью.

1. Асинхронный тормоз.

n=0 S=1., n= -_∞ S= + _∞

Т.к. скольжение большое, то тормозной режим хар-ся большими значениями потребляемых токов. Поэтому в случае тормозных режимов в цепь якоря включается дополнительные активные сопротивления, увеличится cos j:

Способы торможения АД.

Реакция якоря синхронного генератора (СГ)

– ЭДС индуцируемая в фазе генератора.

– ток протекающий в фазной обмотке генератора; – угол между ЭДС и током.

Когда нагрузка генератора носит активный характер . Если индуктивный . Ёмкостной характер . Рассмотрим влияние поля якоря, при разных характерах нагрузки, на работу синхронного генератора.

1. Активная нагрузка ( ):

Fв1=f(α ) – первая гармоника МДС обусловленная ОВ.

Условно разделим ЭДС и ток. Направление потока по правилу правой руки.

По аналогии с МПТ, что в рассматриваемом случае если магнитная система будет ненасыщенна, то реакция якоря не будет изменять результирующий магнитный поток. На сколько поток под одним краем полюса будет уменьшаться, на столько под другим краем будет увеличиваться. Реакция якоря будет искажать кривую индукции в воздушном зазоре т.к. происходит сдвиг кривой результирующей МДС относительно осей полюсов. В случае насыщенной магнитной системы (по аналогии с МПТ) реакция якоря будет уменьшать результирующий магнитный поток с искажением кривой распределения магнитной индукции в воздушном зазоре.

2. Чисто индуктивная нагрузка :

При чисто индуктивном характере нагрузки МДС реакции якоря размагничивает машину. Когда нагрузка носит чисто ёмкостной характер, МДС реакции якоря подмагничивает машину.

3. Смешанный характер нагрузки :

– создаёт МДС реакции якоря максимум которой совпадает с осью “d” (центром полюсов);

– создаёт МДС реакции якоря максимум которой совпадает с центром межполюсного пространства (волна МДС). При смешанной нагрузке присутствуют продольная и поперечная реакции якоря:

Рабочие характеристики СД.

∑ Р – сумма потерь потери в меди которые наводятся в квадратурной зависимости с током.

P1, I1, cosφ, ή, M2, n = f(P2)

I₁, Р₁- характеристики нелинейны из-за влияния потерь в меди

h - характеристика увеличивается примерно до номинальной, затем уменьшается т.к. имеет место изменение соотношения потерь, усиливается влияние потерь, зависящих от тока.

cosj - характеристика может проходить по-разному, это связано с начальным значением тока возбуждения. Характеристика 2 получается при начальном значении cosj=1, она уменьшается т.к. при увеличении тока якоря cosj уменьшается (см. U-обр характеристики). Характеристика 1 получается при начальном значении cosj¹ 1, поэтому он увеличивается.

Из анализа крив cosj 2 след, что по мере увел нагр cosj двиг-ся вниз, это связано с тем, что при хх мы имеем возбуждение соответствующее точке а., по мере увел нагр (ток возб пост) мы имеем точку в. и с., которые характеризуются увеличением реактивной составляющей тока и соотв-но уменьш-ся cosj.

cosj 1 получается если двигатель первозбуждён т.2

Способы торможения МПТ.

1) Режим рекуперативного торможения, когда двигатель передается в генераторный режим

, U=const, Ib↑, Е↑, ,

2) Динамическое торможение

3) Торможение по методу противовключения

А) Путем изменения полярности подводимого напряжения

Б) Включается дополнительное активное сопротивление

Причины искрения в МПТ.

1. Запас электромагн. энергии e

коммутируемого контура в момент,

предшеств. его разрыву больше

критического. А> А_КР. Т.е. чем больше энергия контура, тем дольше горение дуги. Коммутируемый контур с током разрыв-ся сбег-м краем щётки, который играет роль рубильника.

2.Мех. фактор: негладкий колл-р, эксцентриситет колл-ра, выступающая изоляция

, т.е. щетка отскакивает от коллектора.

3. Повышенная плотность тока в щеточном контакте.

r₁, r₂ –сопротивления набег. и сбег. краёв щётки.

За счет J в щет. контакте.

Из ВАХ следует, что при j ¯ уд.сопр. щётка-коллектора.

Происходит ¯ сопротивления перехода щетка-коллектор. Т.о. при тех же значениях в контуре будет больший ток, а значит и энергия, соответствующая большему искрению.

4. Потенциальные условия на коллекторе.

ЭДС в коммутируемой секции е=BlV× 2W_C.

V–скорость, W_C – число витков.

Кривая индукции в воздушном зазоре искажается полем РЯ, поэтому индукция не равна нулю на геометрической нейтрали (как при холостом ходе).

ВÞ е – пробой воздуха между пластинами коллектора. Искра ионизирует пространство вокруг коллектора и способствует увеличению искрения под сбегающим краем щётки.

КПД трансформатора.

При потерях в меди и в стали

, -коэффициент нагрузки, где I2-ток на вторичной обмотке под нагрузкой, I2н-ток на вторичной обмотке при хх, когда на первичную подано номинальное напряжение

КПД трансформатора 98-99%, когда

Потери при хх , поскольку составляют 2% от , то ими пренебрегают. - в стали и вихревые токи, -добавочные, возникают вследствие неравномерности структуры листа, в крепежных деталях и т.д. Они не рассчитываются, а берутся как 15-20% от основных потерь в стали.

Хх ид тр-ра, ид тр-р – тр-р, у которого (нет потерь и полей рассеивания)

Хх реального тр-ра

Активная составляющая менее 10% от намагничивающего тока и поэтому ее учет не оказывает значительного влияния на величину общего тока. Но оказывает активное влияние на фазу тока

Режим КЗ тр-ра. Бывает 2 режима: аварийный, когда токи кз достигают 20-30 номиналов и испытательный режим кз, который проводится при номинальном токе в обмотках. При испытательном режиме подается такое напряжение, чтобы ток первичной и вторичной обмоток был равен номинальному значению.

(напряжение КЗ) указывается на щитке тр-ра