- •Основные законы, описывающие электромеханические системы (эмс).
- •I закон Ньютона
- •Электричество и магнетизм
- •Электромеханические системы постоянного тока
- •Конструкция и принцип действия дпт
- •Способы возбуждения дпт.
- •Механические характеристики дпт.
- •Способ регулирования частоты вращения дпт
- •Пуск дпт
- •Реостатный пуск
- •Реверсирование дпт с параллельным возбуждением
- •Способы торможения дпт
- •Генераторное торможение
- •Динамическое торможение
- •Торможение противовключением
- •Механические характеристики дпт последовательного возбуждения
- •Реверсирование дпт с последовательным возбуждением.
- •Торможение дпт последовательного возбуждения
- •Механические характеристики дпт смешанного возбуждения
- •Приведение нагрузок, действующих в эмс к валу двигателя.
- •Приведение моментов и сил сопротивления к валу электродвигателя
- •Приведение моментов инерции и масс к валу электродвигателя
- •Определение времени переходных процессов в эмс
- •Эмс переменного тока
- •Изменение частоты питающего напряжения f .
- •Изменение числа пар полюсов р.
- •Регулирование скольжения s.
- •Моделирование разомкнутой эмс постоянного тока
- •3. Моделирование замкнутой эмс постоянного тока
Основные законы, описывающие электромеханические системы (эмс).
ЭМС описываются законами механики и разделом физики – электричество и магнетизм.
Механика.
Причина любого движения – сила. Движение любого тела описываются законами Ньютона.
II закон Ньютона
– масса тела;
– скорость;
– активная (движущая) сила (силы)
– сила сопротивления (силы)
Для начала движения необходимо, чтобы . Силы сопротивления могут быть активными и реактивными.
Реактивная способна уменьшать скорость до 0 (силы трения). Активная способна изменить знак скорости.
I закон Ньютона
Скорость является постоянной, если
( ) равномерное прямолинейное движение или остановка.
В ЭМС основной регулируемой величиной является скорость или частота вращения .
Вращающееся движение: II закон
(*)
– момент инерции вращающихся частей
- круговая частота вращения
– активный момент и момент сопротивления
А ) (кгм)
Б) J=
Г) , где А-А – линия действия силы
Мощность при вращающем движении:
– момент от сил энергии.
Если (*) умножить на , то получим мощность.
Т.е. из (*) следует, что при установившемся режиме ( ) двигатель развивает такую мощность, которая потребляется нагрузкой.
Электричество и магнетизм
Магнитное поле (МП) – такая форма материи, отличающаяся тем, что оно действует на движущиеся электрические заряженную частицу с силой, зависящей от произведения ее заряда на скорость. МП создается упорядоченно движущимися зарядами или движущимися заряженными телами; оно существует вокруг всякого проводника с током; не зависит от материала проводника и характера проводимости.
Основной характеристикой МП является вектор магнитной индукции [Tи], который определяется из закона Ампера.
Закон Ампера: на проводник с током, находящийся в МП действует сила
Сила Ампера:
– элементарная сила Ампера (вектор)
– сила тока в проводнике
– элементарный отрезок проводника, проведенный в направлении тока.
– электромагнитная индукция.
[ ] – векторное произведение.
Под направлением тока принимает физическое направление движения электронов.
Если проводник расположен перпендикулярно вектору магнитной индукции, то направление силы ампера можно определить по правилу левой руки: если ладонь расположить таким образом, чтобы в нее входил вектор магнитной индукции, а четыре пальца совпадают с направлением тока, то большой палец укажет направление силы ампера ( ).
Д ля графического изображения магнитных полей используют понятие о линиях магнитной индукции – это кривые, касательные в каждой точке которых совпадают с направлением в этих точках. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводник с током. Направление линий магнитной индукции можно определить по правилу Максвелла (правило буравчика). Если ввинчивать буравчик с правой резьбой по направлению тока, то направление движения точек рукоятки укажет направление линий электромагнитной индукции.
Напряженностью (Н) магнитного поля называют векторную величину, характеризующую это поле и не зависящую от свойств среды, в которой оно распространяется.
,
где о - 4 10-7 Гн/м
- относительная магнитная проницаемость среды; показывает во сколько раз индукция в данной среде больше, чем в вакууме (для вакуума =1)
Для конструкторских металлов - порядка нескольких тысяч
Для электротехнических магнитомягких сталей – десятки тысяч.
Магнитной цепью называют совокупность тел и областей пространства, в котором сосредоточено магнитное поле. В магнитных цепях при наличии намагничивающей силы образуется магнитный поток.
Магнитный поток можно определить по формуле Гобкинсона (з-н Ома для магнитных цепей).
Магнитный поток равен отношению , где
– намагничивающая сила
– суммарное магнитное сопротивление всех участков магнитной цепи.
Если намагничивающая сила создается катушкой с током, то:
– произведение числа витков катушки (W) и тока катушки (I). Измеряется в ампер-витках
– сопротивление магнитное отдельных витков.
,
Где и – средняя длина и площадь поперечного сечения I-го участка цепи.
Магнитное сопротивление воздушного зазора
, где
– величина зазора,
– минимальная площадь сердечника, образующего воздушный зазор.
Магнитный поток всегда распространяется по цепи, имеющей минимальное магнитное сопротивление.
Явление электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции заключается в образовании ЭДС в проводящем контуре, расположенном в переменном магнитном поле.
Переменность магнитного поля может быть создана либо переменным электрическим током, либо движением проводника в постоянном магнитном поле.
Если контур замкнут, в нем образуется ток, называется индукционным.
Движение электромагнитной индукции описывается законом Фарадея:
ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равен и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром, т.е.
Знак «-» определяется правилом Ленца:
Индукционный ток в контуре всегда имеет такое направление, что создаваемый им магнитный поток сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшает те изменения магнитного потока, которые вызвали появление индукционного тока. В простейшем случае, когда скорость проводника перпендикулярна , ЭДС индукции численно может быть определена по формуле:
, где v – скорость проводника
– момент индукции
– длина проводника.
Явление самоиндукции:
Возникновение ЭДС индукции в контуре в результате изменения тока в этом контуре называется явлением самоиндукции.
При описании работы любой электромеханической системы необходимо пользоваться следующим логическим алгоритмом:
При приложении к контуру ЭДС в нем образуется ток согласно закону Ома
Вокруг всякого проводника с током формируется магнитное поле.
На проводник с током в магнитном поле действует (сила Ампера) согласно закону Ампера.
Если больше сил сопротивления, проводник приходит в движение в соответствии со вторым законом Ньютона.
При движении проводника в магнитном поле, в нем образуется ЭДС по закону электромагнитной индукции.
При возникновении ЭДС индукции в проводнике образуется индукционный ток в соответствии с законом Ома.