51. Вращающий момент асинхронного двигателя. Основная формула. Характеристика асинхронного двигателя или . Критический момент и критическое скольжение .

В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока с токами, индуктированными им в проводниках роторной обмотки, возникают силы, действующие на эти проводники в тангенциальном направлении. Найдем значение момента, создаваемого этими силами на валу машины.

Сила, действующая на каждый проводник, , где - активная длина проводника, т. е. длина его части, находящейся в зоне действия магнитного потока машины.

Кривая распределения магнитной индукции по окружности ротора может быть представлена в виде гармонической функции угле .Тогда для кривой тока получим .

Подстановка выражений дает переменную силу, действующую на проводник ротора:

.

Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, равна , где — электромагнитный момент, действующий на ротор.

В соответствии со схемой замещения одной фазы машины имеем . . Получим . Вводя постоянную и пренебрегая моментом трения, представим выражение момента на валу в виде .

Согласно полученным ранее формулам можно написать

Используя эти соотношения, получим следующее выражение для вращающего момента:

Полагая, что частота сети f неизменна, и вводя постоянный коэффициент , получим .

Найдем производную от момента по скольжению

и, приравняв ее нулю, определим критическое скольжение при котором вращающий момент М наибольший: .

52. Принцип действия и устройство машин постоянного тока. Структурная схема и выражение для эдс якоря.

При протекании тока нагрузки по проводникам в магнитном поле приведенной модели генератора на проводники витка действуют силы, направления которых определяются по правилу левой руки. Эти силы создают вращающий момент , действующий против направления вращения. Вращающий момент уравновешивается равным по значению и действующим в обратном направлении вращающим моментом , который создается устройством, приводящим во вращение модель. Такие направления токов проводников и моментов, действующих в модели, определяют режим работы модели в качестве генератора. Если питать модель от какого-либо источника энергии током другого направления, то изменятся направления сил, действующих на виток, и вращающего момента , который будет теперь действовать в сторону вращения,

а приведенная модель может служить для получения механической энергии, следовательно, будет работать двигателем. Изложенное определяет принцип обратимости, по которому электрическая машина может работать и в качестве генератора, и в качестве двигателя.

Электрические машины постоянного тока могут иметь различное конструктивное исполнение в зависимости от применения (открытые и закрытые), способа вентиляции (естественная или принудительная), электрических характеристик (мощность, напряжение, сила тока, тип обмотки). Несмотря на различное конструктивное исполнение, каждая машина состоит из основных частей, имеющих определенное назначение.

Несущей частью машины является станина, которая изготовляется из толстой листовой стали путем изгибания в вальцах; станины могут выполняться литыми из чугуна, могут быть и из литой стали. К станине приварены лапы, которые опираются на фундамент. Станина служит ярмом, по которому проходит магнитный поток полюсов. Подшипниковые щиты крепятся в торцах станины; в выточках щитов монтируются шариковые и роликовые подшипники, в которых вращается вал; могут применяться и подшипники скольжения. К станине на болтах крепятся основные полюсы с полюсными наконечниками, которые штампуются обычно вместе из листовой стали; листы стали стягиваются при помощи шпилек. На полюсах помещаются катушки обмотки полюсов, возбуждающие магнитный поток. В малых машинах листы стали могут штамповаться одним штампом — полюсы и ярмо. Раньше полюсы иногда выполнялись литыми, а полюсные наконечники крепились к полюсам болтами. Добавочные полюсы значительно уже основных, они служат для улучшения коммутации при переключениях на коллекторе секций обмотки якоря. Обмотка добавочных полюсов включается последовательно в цепь машины и выполняется из толстого медного провода или шины.

Сердечник якоря собирается из тонких круглых листов стали, которые штампуются из листов, изолированных с одной стороны, с отверстием для вала и пазами для укладки обмотки. Сталь собирается в пакеты, прессуется и удерживается в прессованном состоянии при помощи двух крайних нажимных дисков. Если имеется несколько пакетов, то между ними выполняются вентиляционные каналы. Лобовые части обмотки удерживаются при вращении проволочными бандажами. Концы секций обмотки якоря припаиваются к пластинам коллектора. Коллектор собирается из пластин твердотянутой меди трапецеидального сечения с прокладками из миканита. После сборки коллектор обрабатывается и выполняются выточки для крепления в виде «ласточкина хвоста». Коллектор затягивается при помощи нажимных конусов. Коллектор изолирован от конусов и корпуса миканитовыми манжетами и прокладками. Затяжка конусов производится в горячем состоянии. Коллекторные пластины могут и штамповаться с последующей обработкой. Изоляция коллектора может выполняться и из пластмасс. Если диаметр якоря не сильно отличается от диаметра коллектора, то провода секций обмоток впаиваются в прорези концов пластин; в противном случае в прорези пластин впаиваются плоские медные пластины, к которым припаиваются концы секций.

В кольцевой выточке подшипникового щита устанавливается траверса, которая может перемещаться. На круглых изолированных от траверсы щеточных пальцах 4 устанавливаются щеткодержатели. Щетки свободно перемещаются в обоймах щеткодержателей и прижимаются к коллектору пружинами. У крупных машин щеткодержатели крепятся на специальных бракетах, которые устанавливаются на станине. Для машин применяются угольно-графитовые, графитовые, а при низких напряжениях иногда металлоугольные щетки, обычно прямоугольного сечения.

За время одного оборота якоря потокосцепление одного витка при р пар полюсов изменяется на величину ; время одного оборота . Следовательно на каждом витке секции индуцируется ЭДС . Если число проводов на поверхности якоря равно N, а число витков секций N/2 и число параллельных ветвей 2а, ЭДС машины постоянного тока Е определится как

.

Таким образом, можно определить ЭДС как результат пересечения линий магнитного поля N проводами якоря, вращающегося с частотой .

53. Генератор постоянного тока независимого возбуждения. Электрическая схема, характеристика холостого хода и внешняя характеристика. Напряжение на зажимах генератора и ток якоря при режиме короткого замыкания для генератора.

Обмотка возбуждения генератора постоянного тока с независимым возбуждением получает питание от независимого источника — сети постоянного тока, специального возбудителя, преобразователя и др. Эти генераторы применяются в мощных системах, когда напряжение возбуждения должно быть выбрано отличным от напряжения генератора, в системах регулирования скорости вращения двигателей, которые питаются от генераторов и других источников. Значение тока возбуждения мощных генераторов составляет 1,0—1,5% от тока генераторов и до десятков процентов для машин мощностью порядка десятков ватт.

Характеристика холостого хада представляет собой зависимость ЭДС генератора Е от тока возбуждения при отсутствии нагрузки ( =0) и неизменной скорости вращения n: при и .

Внешняя характеристика генераторов постоянного тока представляет собой зависимость напряжения генератора U от тока якоря .Для генераторов независимого возбуждения характеристика снимается при неизменном токе возбуждения:

при и

При снятии характеристики генератора независимого возбуждения увеличивают ток якоря путем изменения сопротивления нагрузки . С увеличением тока увеличиваются размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря — уменьшается напряжение генератора. С переходом магнитной системы от насыщенного состояния к ненасыщенному все быстрее уменьшается напряжение (характеристика 1 на рис. 14-25); при коротком замыкании, когда сопротивление нагрузки равно нулю, ток короткого замыкания недопустимо велик – до 20 — 40-кратного номинального для генераторов большой и средней мощности.