Электромагнитный момент машины постоянного тока

При работе машины постоянного тока имеет место взаимодействие поля полюсов и поля якоря. В результате этого взаимодействия возникает электромагнитный момент машины, причем при работе машины в качестве генератора возникает тормозной момент, а при работе в режиме электродвигателя — вращающий. Действительно, ток, текущий в обмотке якоря генератора, взаимодействуя с магнитным потоком полюсов, создает тормозной момент М_т электромагнитных сил F, направленный противоположно направлению вращения якоря, а следовательно, и направлению вращающего момента М первичного двигателя (Рис , а). В этом нетрудно убедиться, применяя правило левой руки. Если же через обмотку якоря пропустить ток от постороннего источника в том же направлении (рис. , 6), то электромагнитная пара сил создает вращающий момент М. Этот момент в двигательном режиме будет преодолевать нагрузку на валу машины, называемую обычно тормозным моментом

или моментом сопротивления.

Таким образом, при установившемся режиме работы машины должно иметь место равенство моментов

М =М_т

Это уравнение выражает второе основное условие работы машины, которое называется условием равновесия моментов.

Установим величину электромагнитного момента в зависимости от величин, определяющих природу его возникновения. Согласно закону Ампера среднее значение электромагнитной силы, действующей на один проводник, равно

F = B_ср l•I

где В_ср - среднее значение индукции в воздушном зазоре машины;

I,l - тока в проводнике и активная длина проводника;

Так как плечо силы равно радиусу якоря R, то момент, развиваемый одним проводником, определится выражением М_пр = F R =B_ср l• I• R

С другой стороны, среднее значение магнитной индукции равно магнитному потоку полюса, деленному на площадь полюса:

В_ср=

где τ— полюсное деление, измеряемое по окружности яко р я.

Подставляя полученное значение в выражение для момента и производя некоторые преобразования, получим

М_пр =

Если якорь имеет N проводников и сила тока в про воднике I_я/2а, то электромагнитный момент машины, создаваемый всеми проводниками, будет равен

М = М_прN =

Обозначив постоянные величины изготовленной машины С_м =pN/(2πa), получим.

М = С_м •Ф•I

Таким образом, электромагнитный момент исполненной машины меняется только с изменением силы тока в якоре и магнитного потока машины.

Мощности, потери и к.П.Д. Машин постоянного тока

При работе машин постоянного тока имеют место следующие основные виды потерь:

а) механические р_м от трения вала в подшипниках, щеток о коллектор, вращающихся частей о воздух; эти потери определяются по эмпирическим формулам или экспериментально;

б) магнитные р_с от вихревых токов и гистерезиса, вычисляемые для определенной части машин по формуле

р_с = k₀∙p_у

где k₀ - опытный коэффициент, учитывающий влияние сборки и обработки стали, равный 1,7—4 для машин постоянного тока;

р_у- удельные потери, равные 2+3,6 Вт/кг при В=1 Тл и f=50 Гц, зависящие от сорта и толщины листов стали;

f— частота перемагничивания стали;

β- коэффициент, равный для слаболегированных и среднелегированных сталей 1,4- 1,6, для высоколегированных — 1,2-1,3;

В, G— соответственно расчетная индукция и масса в килограммах данной части машины;

в) электрические p_э от нагревания обмотки якоря, добавочных полюсов, а также потери на возбуждение и в щетках; электрические потери определяются по формуле

р_э = r_я∙I_я² +U_в∙I_в +∆U_щ∙I_я

где r_я, I_я — полное сопротивление цепи якоря и сила тока в ней;

U_в, I_в - напряжение и сила тока цепи возбуждения;

∆U_щ- переходное падение напряжения на пару щеток, обычно равное 2 В;

г) добавочные р_д обусловленные вибрацией вращающихся частей, неравномерным распределением индукции и пульсацией потока, а также неравномерным распределением плотности тока в отдельных элементах машины; р_д = 0,01Р_н

Таким образом, полные потери в машине постоянного тока могут быть выражены следующей формулой:

Механические и магнитные потери практически не за висят от нагрузки машины, поэтому их сумму принято называть потерями холостого хода. Электрические же потери пропорциональны квадрату силы тока якоря и вызывают нагрев машины. Поскольку нагрев возможен до определенной температуры, то электрические потери определяют величину допустимой силы тока, а следовательно, и мощность машины. Мощность машины, определяемая условиями допустимого нагрева, называется номинальной мощностью. За номинальную ‚мощность генераторов принимается электрическая мощность на зажимах машины, а для электродвигателей — механическая мощность на валу, выраженная в электрических единицах измерения.