Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Устройство и принцип действия машинного генератораСтр 1 из 3Следующая ⇒
Энергетическая диаграмма генератора
Энергетическая диаграмма генератора – это изображение преобразования в нём энергии. При работе генератора, как показано выше, часть потребляемой им энергии теряется бесполезно и рассеивается в виде тепла. Потерянную энергию в единицу времени называют потерями мощности (или потерями). В генераторе есть три пути Механические потери ( DРмх ): – потери на трение в подшипниках (DРподш); – потери на трение между щётками и коллектором (DРщет); – потери на трение о воздух и вентиляцию (DРвент). DРмх = DРподш + DРщет + DРвент. (6.6) Электрические потери ( DРэл ): – потери в проводниках обмотки возбуждения в результате теплового действия протекающего в ней тока (DРв); – потери в проводниках обмотки якоря в результате теплового действия протекающего в ней тока (DРя); – потери в щётках и коллекторе в результате теплового действия протекающего в них тока (DРщ). DРэл = DРв + DРя + DРщ = RвI2в + RяI2я + Rщ I2я, (6.7) где Rв – сопротивление обмотки возбуждения, Ом; Iв – сила тока в обмотке возбуждения, А; Rя – сопротивление обмотки якоря, Ом; Iя – сила тока в обмотке якоря, А; Rщ – сопротивление щёточных контактов, В. Потери в магнитопроводе ( DРмг ): – потери в магнитопроводе якоря в результате теплового действия протекающих в нём вихревых токов (DРвх); – потери в магнитопроводе якоря в результате теплового действия гистерезиса (DРг). DРмг = DРвх + DРг. (6.8) Добавочные потери (DРд) возникают в генераторе в результате других не учтённых явлений. Следовательно, суммарные потери ( DРS ) при работе генератора равны: DРS = DРмх + DРэл + DРмг + DРд. (6.9) Таким образом, энергетическая диаграмма генератора имеет следующий вид (рис.6.3).
Механическая мощность на валу генератора равна: Рмх = Мw, (6.10) где М – механический момент на валу генератора, Н× м; w – угловая скорость вращения вала генератора, рад/с. Электрическая мощность, отдаваемая генератором нагрузке, равна: Рэл = RнагрI2, (6.11) где Rнагр – эквивалентное сопротивление нагрузки, Ом; I – сила тока, потребляемого нагрузкой, А. В другом виде: Рэл = Рмх – DРS. (6.12) Коэффициент полезного действия генератора равен: . (6.13) Вопросы для самоконтроля 1. Составьте энергетическую диаграмму генератора постоянного тока 2. Запишите и расшифруйте уравнение механических потерь. 3. Запишите и расшифруйте уравнение электрических потерь. 4. Запишите и расшифруйте уравнение потерь в магнитопроводе якоря. 5. Какие ещё виды потерь возникают в генераторе постоянного тока? 6. Запишите и расшифруйте формулу механической мощности 7. Запишите и расшифруйте формулу электрической мощности, 8. Как определить коэффициент полезного действия Расчётная схема генератора
В соответствии с физическими явлениями и процессами в обмотке возбуждения На расчётной схеме (рис.6.4) приведены следующие обозначения: Rв – сопротивление обмотки возбуждения, Ом; Lв – индуктивность обмотки возбуждения, Гн; Iв – сила тока в обмотке возбуждения, А; Е – э.д.с., наводимая в обмотке якоря, В; Rя – сопротивление обмотки якоря, Ом; Lя – индуктивность обмотки якоря, Гн; Iя – сила тока в обмотке якоря, А; I – сила тока нагрузки, А; U – напряжение на зажимах генератора, В.
Вопрос для самоконтроля 1. Составьте расчётную схему генератора постоянного тока
Пример 6.1 К генератору постоянного тока независимого возбуждения при неизменной угловой скорости подводится механическая мощность равная 7, 0 кВт. Генератор развивает К генератору подключена нагрузка сопротивлением 13, 5 Ом с помощью идеальной линии электропередачи. Потери мощности в механической системе генератора составляют 1, 5 % от подводимой к валу мощности. Потери мощности в магнитопроводе генератора Составить расчётные схемы якорной цепи с нагрузкой и цепи возбуждения. Определить: силу тока в якорной цепи; мощность, развиваемую генератором; потери мощности в обмотке якоря; силу тока в цепи возбуждения; потери мощности в цепи возбуждения; потери мощности в механической системе; потери мощности в магнитопроводе; Построить в масштабе по двум точкам внешнюю характеристику генератора. Решение. 1. Составляем расчётную схему, состоящую из якорной цепи и цепи возбуждения:
2. Определяем силу тока в якорной цепи: . 3. Определяем мощность, развиваемую генератором: . 4. Определяем потери мощности в обмотке якоря: . 5. Определяем силу тока в цепи возбуждения: . 6. Определяем потери мощности в цепи возбуждения: . 7. Определяем потери мощности в механической системе: . 8. Определяем потери мощности в магнитопроводе: . 9. Определяем добавочные потери мощности в генераторе: . 10. Определяем суммарные потери мощности в генераторе: . 11. Определяем мощность, отдаваемую генератором в сеть (мощность нагрузки): . 12. Определяем электрический коэффициент полезного действия генератора: . 13. Определяем коэффициент полезного действия генератора как электромеханического преобразователя: . 14. Определяем электроэнергию, которую потребит нагрузка за 100 ч: . 15. Рассчитываем и строим внешнюю характеристику генератора: U = Е – RяIя = 300 – 1, 5× Iя.
Вопросы для самоконтроля 1. Составьте принципиальную электрическую схему управления генератором 2. Поясните, как регулируется напряжение на зажимах генератора Задания для самоконтроля К генератору постоянного тока независимого возбуждения при неизменной угловой скорости подводится механическая мощность равная 5, 0 кВт. К генератору подключена нагрузка сопротивлением 11, 5 Ом с помощью идеальной линии электропередачи. Потери мощности в механической системе генератора составляют 0, 5 % от подводимой к валу мощности. Потери мощности в магнитопроводе генератора составляют 1, 0 % от подводимой к валу мощности. Добавочные потери мощности в генераторе составляют 0, 2 % от подводимой к валу мощности. 1. Составить расчётные схемы якорной цепи с нагрузкой и цепи возбуждения. 2. Определить силу тока в якорной цепи. 3. Определить мощность, развиваемую генератором. 4. Определить потери мощности в обмотке якоря. 5. Определить силу тока в обмотке возбуждения. 6. Определить потери мощности в обмотке возбуждения 7. Определить потери мощности в механической системе. 8. Определить потери мощности в магнитопроводе. 9. Определить добавочные потери мощности в генераторе. 10. Определить суммарные потери мощности в генераторе. 11. Определить мощность, отдаваемую генератором в сеть 12. Определить электрический коэффициент полезного действия генератора. 13. Определить коэффициент полезного действия генератора 14. Построить в масштабе по двум точкам внешнюю характеристику генератора. 15. Определить напряжение на зажимах генератора 16. Определить электроэнергию, которую потребит нагрузка за 10 ч. Пример 6.2 Якорь электродвигателя вращается со скоростью 1000 об/мин. К электродвигателю подведено напряжение 200 В. Электродвигатель потребляет ток силой 5 А. Коэффициент полезного действия электродвигателя равен 89%. Определить мощность на валу и вращающий момент электродвигателя. Решение. 1. Определяем мощность на валу электродвигателя: . 2. Определяем угловую скорость вращения вала электродвигателя: . 3. Определяем вращающий момент электродвигателя: .
Вопросы для самоконтроля 1. Составьте энергетическую диаграмму двигателя постоянного тока 2. Запишите и расшифруйте уравнение механических потерь. 3. Запишите и расшифруйте уравнение электрических потерь. 4. Запишите и расшифруйте уравнение потерь в магнитопроводе якоря. 5. Какие ещё виды потерь возникают в двигателе постоянного тока? 6. Запишите и расшифруйте выражение момента, 7. Запишите и расшифруйте выражение механической мощности 8. Запишите и расшифруйте выражение электрической мощности, 9. Как определить коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока?
Расчётная схема двигателя
В соответствии с физическими явлениями и процессами, протекающими в электродвигателе, его расчётная схема имеет следующий вид (рис.6.8). На расчётной схеме (рис.6.8) приведены следующие обозначения: Rв – сопротивление обмотки возбуждения, Ом; Lв – индуктивность обмотки возбуждения, Гн; Iв – сила тока в обмотке возбуждения, А; Е – э.д.с., наводимая в обмотке якоря, В; Rя – сопротивление обмотки якоря, Ом; Lя – индуктивность обмотки якоря, Гн; Iя – сила тока в обмотке якоря, А; U – напряжение на зажимах электродвигателя, В.
Вопрос для самоконтроля 1. Составьте расчётную схему двигателя постоянного тока
Пример 6.3 Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, который имеет номинальную мощность 2, 2 кВт, номинальную частоту вращения 1500 об/мин, номинальное напряжение 110 В, номинальный коэффициент полезного действия равный 85%, Составить принципиальную электрическую схему управления электродвигателем; расчётную схему якорной цепи и цепи возбуждения. Определить: мощность, потребляемую электродвигателем из сети при номинальной нагрузке; номинальный ток электродвигателя; ток в обмотке возбуждения; номинальный ток цепи якоря электродвигателя; пусковой ток цепи якоря электродвигателя; значение пускового сопротивления, которое обеспечивает пусковой ток цепи якоря, равный номинальному Решение. 1. Принципиальная электрическая схема управления электродвигателем приведена на рис.6.10. Составляем расчётную схему, состоящую из якорной цепи и цепи возбуждения:
2. Определяем мощность, потребляемую электродвигателем из сети при номинальной нагрузке: . 3. Определяем номинальный ток электродвигателя: . 4. Определяем ток в обмотке возбуждения электродвигателя: . 5. Определяем номинальный ток в цепи якоря электродвигателя: ; . 6. Определяем пусковой ток в цепи якоря электродвигателя . 7. Определяем значение пускового сопротивления, которое обеспечивает пусковой ток в цепи якоря, равный номинальному току якоря: ; ; . 8. Определяем суммарные потери мощности в электродвигателе: .
Вопросы для самоконтроля 1. Составить принципиальную электрическую схему управления двигателем 2. Пояснить, как запустить двигатель постоянного тока, 3. Пояснить, как изменить направление вращения вала двигателя постоянного тока, 4. Пояснить, как регулируется скорость вала двигателя постоянного тока,
Задания для самоконтроля Якорь электродвигателя вращается со скоростью 1500 об/мин. К электродвигателю подведено напряжение 220 В. Электродвигатель потребляет ток силой 10 А. Коэффициент полезного действия электродвигателя равен 87 %. 1. Определить мощность на валу электродвигателя. 2. Определить вращающий момент электродвигателя. Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, 3. Составить принципиальную электрическую схему 4. Составить расчётную схему якорной цепи и цепи возбуждения. 5. Рассчитать мощность, потребляемую электродвигателем из сети 6. Рассчитать номинальный ток электродвигателя. 7. Рассчитать ток в обмотке возбуждения. 8. Рассчитать номинальный ток цепи якоря электродвигателя. 9. Рассчитать пусковой ток цепи якоря электродвигателя. 10. Рассчитать значение пускового сопротивления, которое обеспечивает 11. Определить суммарные потери мощности в электродвигателе.
Принципиальная электрическая схема управления двигателем постоянного тока параллельного возбуждения приведена на рисунке.
12. Как изменится направление вращения якоря электродвигателя, 13. Как изменится направление вращения якоря электродвигателя, 14. Как изменится направление вращения якоря электродвигателя, 15. Как изменится скорость вращения якоря электродвигателя, 16. Что необходимо сделать с реостатом РВ, 17. В каком положении должны находятся реостаты РП и РВ
Устройство и принцип действия машинного генератора Электрическая машина, в которой механическая энергия вращающегося вала преобразуется в электрическую энергию, называется генератором. Работа Явление электромагнетизма заключается в том, что вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Закон электромагнетизма: потокосцепление (произведение числа витков катушки на пронизывающий их магнитный поток) прямо пропорционально индуктивности катушки и силе тока, протекающего в катушке: y = wФ = LI. (6.1) Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в проводящем контуре, который пронизывается переменным магнитным полем, индуктируется э.д.с. Закон электромагнитной индукции: значение э.д.с., индуктируемой в контуре, прямо пропорционально числу витков и скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур: . (6.2) Элементами конструкции простейшего генератора являются виток (проводящий контур) и индуктор, создающий магнитное поле . Рассмотрим принцип действия генератора постоянного тока на его конструктивной схеме (рис.6.1). В магнитном поле постоянных магнитов (N – S) помещён виток, укреплённый на оси. К двум концам витка прикреплены металлические Направление индуктируемой электродвижущей силы определяется по правилу «правой руки» : если расположить правую руку так, чтобы силовые линии е = Вlv sin a, (6.3) где е – мгновенное значение э.д.с., которая индуктируется в стороне витка, В; В – магнитная индукция поля, Тл; l – длина одной стороны витка, м; v – линейная скорость витка, м/с; a – угол поворота витка относительно горизонтали, град. Электродвижущая сила, которая индуктируется в витке, изменяется во времени по синусоидальному закону и создаёт разность потенциалов на концах витка. Знаки потенциалов на концах витка (положительный, отрицательный) через половину Таким образом, конструкция генератора следующая: индуктор (неподвижная часть), который создаёт магнитное поле и якорь (вращающая часть), в котором Индуктор представляет собой катушку индуктивности, укреплённую на полюсах генератора. Начала обмотки возбуждения (катушки индуктивности на индукторе) выводят на клемную коробку и обозначают буквами Ш1 и Ш2. Магнитопровод с полюсами генератора изготовляют из ферромагнитного материала и крепят к чугунному корпусу с помощью болтов и изолирующих прокладок. К полюсам крепят полюсные наконечники в виде полуокружностей для улучшения распределения магнитного потока в воздушном зазоре генератора. Якорь генератора имеет форму цилиндра, расположенного на валу. Его магнитопровод выполняют из ферромагнитного материала и укрепляют на валу генератора. На вал генератора устанавливают подшипники, которые запрессовывают в подшипниковые щиты. Эти подшипниковые щиты, служащие опорой для вала генератора, крепят к корпусу генератора. Якорная обмотка, которую укладывают в пазы магнитопровода якоря генератора, состоит из нескольких витков, каждый из которых подключают к отдельной коллекторной пластине. Коллекторные пластины изолированы друг от друга и от вала генератора. На коллекторные пластины накладывают щётки, зажимы которых выводят на клемную коробку и обозначают буквами Я1 и Я2. Совокупность таких коллекторных пластин, позволяющих при наличии переменной э.д.с. в якорной обмотке получать постоянную полярность щёток, называют коллектором. Напряжение с коллектора снимается с помощью щёточного механизма. Следовательно, назначение коллектора и щёточного механизма у генератора – это выпрямление электродвижущей силы (то есть преобразование переменной э.д.с. в постоянную э.д.с.). Выпрямленная электродвижущая сила является пульсирующей, то есть изменяется по удвоенному синусоидальному закону при сохранении знака (рис.6.2а). С увеличением количества коллекторных пластин пульсация э.д.с. уменьшается (рис.6.2б: . (6.4)
Среднее значение этой выпрямленной электродвижущей силы, которая действует между щётками, определяется следующим выражением: , (6.5) где k – коэффициент; Ф – магнитный поток полюсов генератора, Вб; w – угловая скорость вращения вала генератора, рад/с. Обмотка возбуждения и обмотка якоря могут включаться независимо друг от друга, тогда у генератора будет независимое возбуждение (зажимы Н1 и Н2 У генератора будет самовозбуждение, если разность потенциалов на зажимах обмотки возбуждения создаётся индуктируемой в обмотке якоря э.д.с. В этом случае при подключении обмотки возбуждения параллельно обмотке якоря у генератора будет параллельное возбуждение (Ш1 к Я1, Ш2 к Я2, при этом к зажимам Я1 и Я2 подключают нагрузку). Существуют также последовательное и смешанное возбуждение.
Вопросы для самоконтроля 1. В чём суть явления электромагнетизма? 2. Сформулируйте закон электромагнетизма. 3. Запишите математически и расшифруйте закон электромагнетизма. 4. В чём суть явления электромагнитной индукции? 5. Сформулируйте закон электромагнитной индукции. 6. Запишите математически и расшифруйте закон электромагнитной индукции. 7. Какая электрическая машина называется генератором постоянного тока? 8. Составьте и опишите конструктивную схему генератора постоянного тока. 9. Опишите принцип действия генератора постоянного тока. 10. Каково назначение коллектора и щёточного механизма? 11. Сформулируйте правило «правой руки». 12. Как определить электродвижущую силу, которую развивает генератор? 13. Что такое независимое возбуждение генератора постоянного тока? 14. Что такое самовозбуждение генератора постоянного тока?
6.2. Физические явления и процессы
При вращении якоря в магнитном поле индуктора (то есть при работе генератора) в элементах конструкции генератора наблюдаются следующие физические явления и процессы. В индукторе: – явление электрического тока в обмотке возбуждения; – явление электромагнетизма в обмотке возбуждения; – явление теплового действия тока в обмотке возбуждения; – процесс нагрева обмотки возбуждения. В якоре: – явление электромагнитной индукции в обмотке якоря; – явление электрического тока в обмотке якоря; – явление электромагнитной силы от действия тока в обмотке якоря; – явление электромагнетизма в обмотке якоря; – явление теплового действия тока в обмотке якоря; – процесс нагрева обмотки якоря; – явление электромагнитной индукции в магнитопроводе якоря; – явление вихревых токов в магнитопроводе якоря; – явление электромагнитной силы от действия вихревых токов; – явление теплового действия вихревых токов в магнитопроводе якоря; – явление гистерезиса магнитопровода якоря; – явление электромагнитной силы от гистерезиса; – явление теплового действия гистерезиса магнитопровода якоря; – процесс нагрева магнитопровода якоря. В механической системе: – явление трения в подшипниках; – явление трения между коллектором и щётками; – явление трения якоря о воздух; – процесс нагрева механической системы. Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются 2. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются 3. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются 4. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-25; Просмотров: 1528; Нарушение авторского права страницы