Мощность и к.П.Д. Генераторов

Мощность, развиваемая генератором, называется электромагнитной мощностью. Она характеризует скорость преобразования механической энергии в электрическую и определяется произведением силы тока генератора I_я и его э. д. с. Е, т. е.

Р_эм = Е∙I_я

Мощность, отдаваемая генератором во внешнюю цепь, называется полезной мощностью. Эта мощность определяется произведением напряжения на зажимах генератора U и силы тока во внешней цепи I, т. е.

P=U∙I

Отношение полезной мощности генератора к подводимой называется коэффициентом полезного действия генератора, т. е.

η =

где Р — механическая мощность, подводимая к генератору от первичного двигателя.

К. п. д. генератора — величина непостоянная, он меняется при изменении нагрузки, достигая максимума при нагрузках от 75 до 100% номинальной. К. п. д. генераторов малой мощности достигает 75- 85%, генераторов средней мощности 85- 92% и генераторов большой мощности 92 - 97%.

Мощность и к.П.Д. Электродвигателя

Мощность, потребляемая электродвигателем из сети, определяется формулой

Р₁ = U∙I

где U - напряжение на зажимах электродвигателя;

I—сила тока, потребляемая электродвигателем из сети.

Полезная мощность Р, развиваемая электродвигателем на валу, меньше потребляемой мощности на величину потерь в электродвигателе. Поэтому к. п. д. электродвигателя, представляющий отношение полезной мощности к потребляемой, равен

η=

К. п. д. современных электродвигателей постоянного тока колеблется от 75 до 95% в зависимости от мощности, причем с увеличением мощности в электродвигателя к. п. д. увеличивается.

Электродвигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока по способу возбуждения делятся на четыре типа: независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения питается от другого источника, причем напряжение цепи возбуждения может отличаться по величине от напряжения якоря. Электродвигатели параллельного возбуждения, по существу, те же электродвигатели независимого возбуждения, но питание обмотки возбуждения производится от того же источника энергии, что и якоря. Электродвигатели независимого возбуждения применяются только в специальных установках, а все остальные—довольно широко.

Основные условия работы электродвигателей выражаются уравнениями равновесия

э. д. с. и равновесия моментов:

U = E +I_яr_я; М= М_т

В общем случае тормозной момент на валу электродвигателя слагается: а) из момента холостого хода М₀, создаваемого силами трения; б) из момента нагрузки М_т создаваемого внешними силами; в) из момента сил инерции вращающихся частей М_j, создаваемого силами инерции при неустановившемся режиме работы электродвигателя.

При пуске, торможении или регулировании скорости вращения электродвигателя под нагрузкой уравнение равновесия моментов запишется следующим образом:

М= М₀ + М_н + М_j.

Если режим работы электродвигателя установившийся, т. е. n= const, то М_j = и уравнение равновесия моментов принимает вид

М = М₀ + М_н

При холостом ходе электродвигателя уравнение равновесия моментов выражается равенством М=М₀

Электродвигатели работают при переходе с одного режима на другой устойчиво, без каких-либо специальных регуляторов, т. е. электродвигатели саморегулиру ются. Действительно, если нагрузка на валу электродвигателя увеличится, т. е. М_т>М, то частота вращения n электродвигателя уменьшится. Уменьшение же частоты вращения ведет к уменьшению обратной э. д. с. Е = C_enФ, а это ведет, в свою очередь, к увеличению силы тока I_я и, как следствие, к увеличению вращающего момента М = С_мФI_я Таким образом, вновь восстанавливается равновесие моментов. Наоборот, при уменьшении нагрузки на электродвигатель частота вращения и обратная э. д. с. увеличиваются, а сила тока якоря и вращающий момент уменьшаются. Другими словами, с изменением тормозного момента автоматически изменяется вращающий момент машины.

Сумма моментов М₀ и М_н получила название статического момента. Момент М_j называется динамическим моментом. Статические моменты бывают реактивные и активные. Первые всегда направлены навстречу вращающему моменту электродвигателя, т. е. они всегда тормозят движение. Активные моменты могут как препятствовать, так и способствовать движению, т. е. активные моменты сохраняют свое направление при изменении направления вращения якоря. Примером активного момента может быть момент на валу электродвигателя подъемного механизма, в частности подъемной стрелы.

Пуск в ход и остановка электродвигателей

Пуск в ход электродвигателей постоянного тока в принципе может быть осуществлен тремя способами: прямым включением в сеть, введением пускового реостата в цепь якоря, а в специальных установках — изменением напряжения источника питания. Последнее обычно осуществляется с помощью специальных преобразователей.

Из уравнения равновесия э. д. с. следует, что сила тока в якоре электродвигателя определяется отношением

I_я=

В первый момент пуска, когда n = 0 э. д. c. электродвигателя Е=С_e∙n∙Ф=0 и, поскольку r_я мало, сила тока якоря достигает весьма больших значений:

I_я= .

Естественно, что такая сила тока вызовет сильное искрение на коллекторе и большой динамический момент на валу электродвигателя, а также создаст большое падение напряжения в сети питания, Поэтому способ пуска прямым включением в сеть применяется только для небольших электродвигателей когда пусковая сила тока не превышает значений I_п=(4-6)I_н и неопасности для целости электродвигателя.

Для ограничения пусковой силы тока в цепь якоря включается специальный пусковой реостат r_п (рис., а). При этом пусковая сила тока определяется формулой

I_п =

где r_п— сопротивление пускового реостата, который подбирается так, чтобы пусковая сила тока не превышала значений I_п = (1,5-2,0)I_н.

При включении электродвигателя в сеть его якорь начинает вращаться постепенно увеличивая частоту вращения, в результате обратная э. д. с. начинает увеличиваться. Пусковой реостат плавно выводят и в конце пуска совершенно выключают из цепи якоря. При этом обратная э. д. с. достигает значения, близкого к напряжению сети, а сила тока уменьшается до номинальной величины.

Пуск электродвигателей значительно улучшается если он производится при максимальной величине магнитного потока. для этого реостат в цепи возбуждения перед пуском полностью выводится.

Остановка электродвигателя осуществляется быстрым вводом пускового реостата (рукоятка ставится на холостой контакт ХК) с последующим отключением от источника питания.