XREFF.RU


e = BLV, где



Если Вам понравился сайт нажмите на кнопку выше
e = BLV, где

e = BLV, где

  1. Электрические цепи.

    1. Элементы электрической цепи, понятие о сосредоточении параметров электрической цепи.
      Электрическими цепями называют совокупность устройств и объектов, образующих условия для протекания электрического тока.
      Элементы делятся на: источники, проводники, преобразователи электромагнитной энергии и потребители электромагнитной энергии.

    2. Разветвлённые и неразветвлённые электрические цепи, понятие об узлах и ветвях разветвлённой электрической цепи.
      Если в каком-то месте электрической цепи ток I разделяется на сумму токов I1 и I2, то такое место называется узлом, а участки цепи, по которым текут соответствующие токи, ветвями цепи. Сама цепь в таком случае называется разветвлённой.

    3. Линейные и нелинейные элементы электрической цепи, графический метод расчёта цепей с нелинейными элементами.
      Линейные элементы – компоненты, описываемые линейными дифференциальными уравнениями (конденсаторы, катушки индуктивности, резисторы и т. п.)
      Графически расчёт нелинейных цепей производится с помощью построения вольт-амперных характеристик линейного и нелинейного элементов и определения точки пересечения этих характеристик.

    4. Идеальный и неидеальный источник ЭДС: вольт-амперная характеристика, режим холостого хода, режим короткого замыкания, режим с номинальной нагрузкой, согласованный режим.
      В идеальном источнике ЭДС R0 = 0.
      Вольт-амперная
      характеристика график зависимости тока от напряжения. Для источника ЭДС представляет собой прямую линию (так как источник ЭДС линейный элемент).
      Режим
      холостого хода возникает, когда цепь разомкнута и ток равен 0.
      Номинальный
      режим ток и напряжение равны номинальному (цепь не перегревается и может работать в этом режиме в течение длительного времени).
      При
      согласованном режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению. Данный режим примечателен тем, что максимальный КПД в таком случае равен 0.5.
      Режим
      короткого замыкания в цепи присутствует только внутреннее сопротивление.

    5. Источник тока, вольт-амперная характеристика источника тока.
      Источником тока называется двуполюсник, создающий в цепи некоторый ток I. Вольт-амперная характеристика источника тока прямая, угол которой зависит от нагрузки.

  2. Цепи постоянного тока.

    1. Законы Кирхгофа для постоянного тока.
      Первый закон Кирхгофа: сумма всех входящих в узел токов равна сумме выходящих из данного узла токов. Положительными при этом считаются входящие токи.
      Второй закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма падений напряжений на всех элементах контура численно равна алгебраической сумме ЭДС, находящихся в этом контуре. Знаки при этом расставляются в соответствии с направлением обхода контура.

    2. Закон Ома для постоянного тока (полный и для участка цепи)
      Для
      полной цепи закон Ома записывается следующим образом:
      ,
      где
      I сила тока в цепи, ε ЭДС, R сопротивление нагрузки, r внутреннее сопротивление источника напряжения.
      Для
      участка цепи:
      , где I сила тока на участке цепи, U напряжение на участке, R сопротивление данного участка цепи.

    3. Мощность цепи постоянного тока, понятие о балансе мощности.
      Мощность цепи есть произведение силы тока на ЭДС в цепи.
      Баланс мощности – понятие, используемое для проверки полученного значения мощности:произведения падений напряжения на силу тока на элементе складывают (и получают мощность потребителя), а затем сравнивают с полученной величиной мощности (мощностью источника). Если разность (в процентах) находится в допустимых пределах (приблизительно 1 процент, который может появляться в результате округления дробей), то считается, что мощность ЦПТ вычислена верно.

    4. Методы расчёта цепи постоянного тока (метод непосредственного применения законов Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод эквивалентного генератора), достоинства и недостатки каждого метода.
      Метод непосредственного применения законов Кирхгофа, как следует из названия, состоит в составлении системы уравнений из законов Кирхгофа и законов Ома. Неоспоримым преимуществом данного метода можно назвать то, что он позволяет вычислить значения всех токов, протекающих в цепи.
      Метод эквивалентного генератора применяется в том случае, когда необходимо найти какой-то один ток в сильно разветвлённой цепи. В таком случае большая часть элементов цепи заменяется на эквивалентные ЭДС и нагрузку. Недостатком данного метода является ограниченность его применения за счёт принципа самого метода.

Методузловыхпотенциаловиспользуетсяпри расчётеразветвлённыхцепей. Вкачественезависимыхпеременныхиспользуютсяузловыенапряжения напряженияузловцепиотносительновыбранногобазисногоузла:напряжениевбазисномузлепринимаетсязаноль,авостальныхнапряжениябудутравныпотенциаламсоответствующихузлов.УравнениясоставляютсятольконаосновепервогозаконаКирхгофа.Средидостоинствможноотметитьпростотусоставленияузловыхуравненийивозможностьиспользованияданногометодавкомпьютерныхрасчётах.Недостаткомданногометодаявляетсято,чтоонприменимтолькодляцепей,содержащихрезистивныеэлементысненулевымсопротивлением,независимыеисточникитокаиисточникитока,управляемыенапряжением.

Метод
контурныхтоков:вданномметодезанеизвестныепринимаютсятоки,которыепротекаютвкаждомизнезависимыхконтуров.Какследствие,числоуравненийравноколичествуконтуроввсистеме.Далее,кполученнымконтурамприменяемвторой(тольковторой)законКирхгофа.Какивслучаеметодаэквивалентногогенератора,данныйметодпозволяетнайтиневсе,нокакие-тонеобходимыевнешниетокивцепи.

  1. Цепи синусоидального тока

    1. Мгновенные значения тока, напряжения и ЭДС в цепи синусоидального тока.
      Мгновенные
      значения зависят от времени и могут быть вычислены с помощью зависимостей тока, напряжения и ЭДС соответственно от времени:
      U(t) = Um sin(ωt ψu);
      I(t)
      = Im sin(ωt ψi);
      U
      m, Im максимальные значения напряжения и тока.
      ψ фаза.

    2. Понятие о среднем и действующем значениях тока, напряжения и ЭДС в цепи синусоидального тока.
      Действующим
      называется значение максимальное значение тока/напряжения, делёное на корень из 2. Корень из двух возникает из определённого интеграла: (и аналогичной для напряжения).
      Средним
      значением называется значение на половине периода. Находится оно из той же формулы, что и действующее, однако верхним пределом интеграла будет не T, а T/2. Средние значения примерно в 1,1 раза () больше действующего.

    3. Представление в показательной форме, комплексном и векторном виде токов, напряжений и ЭДС в цепи синусоидального тока.
      Токи,
      напряжения и ЭДС можно представить в трёх различных формах:
      Показательная:
      Запись вида .
      Комплексная: ток/напряжение/ЭДС записывается в виде комплексного числа. Действительной части при этом соответствует активная часть тока или напряжения создаваемая, например, резистором), а мнимой реактивная, создаваемая
      такими
      элементами, как конденсатор и катушка индуктивности.
      Векторная:
      рисуется ось с координатами (+1, +j) в соответствии с действительной и мнимой частью. Соответственно падениям напряжения последовательно рисуются векторы, при этом последний должен прийти в начальную точку под углом, равным фазе. Пример на рисунке:
      Для
      токов диаграмма может показывать разветвление токов в цепи, как на этом рисунке:




    1. Мощность цепи синусоидального тока: полная, активная и реактивная, понятие о балансе мощности для цепи синусоидального тока.
      Баланс мощности – понятие, используемое для проверки полученного значения мощности:произведения падений напряжения на силу тока (активные и реактивные) на элементах складывают, а затем сравнивают с полученной величиной мощности (так называемая мощность потребителя). Если разность (в процентах) находится в допустимых пределах (приблизительно 1 процент, который может появляться в результате округления дробей), то считается, что мощность ЦСТ вычислена верно.
      Активная и реактивная мощности – мощности, потребляемая элементами, создающими активные (например, резистор) и реактивные соответственно характеристики. В качестве примера последних можно привести катушку индуктивности и конденсаторы.
      Полная мощность составляется из активной и реактивной составляющих.

    2. Законы Кирхгофа для цепи синусоидального тока, понятие о полном, активном и реактивном сопротивлениях.
      Законы Кирхгофа для цепи синусоидального тока не отличаются от таковых для цепей постоянного тока. Меняется лишь то, что при составлении уравнений участвуют полные сопротивления (раскладывающиеся на активную и реактивную составляющие) и напряжения (активная часть – напряжение, умноженное на косинус фазы, реактивная – умноженная на синус фазы).

    3. Закон Ома для синусоидального тока, понятие о полном, активном и реактивном сопротивлениях.
      Для
      синусоидального тока закон Ома имеет примерно тот же вид, что и для цепи полного тока:

      Полное
      сопротивление складывается из активного (создаваётся резисторами) и реактивного (порождается катушками индуктивности и конденсаторами).

    4. Последовательное и параллельное соединение элементов R, L и C в цепи синусоидального тока: резонанс напряжений, резонанс токов, построение векторных диаграмм для этих режимов.
      Резисторы:
      Как
      и в цепях постоянного тока, при последовательном соединении общее сопротивление складывается, а при параллельном общее сопротивление имеет обратную зависимость: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + + 1/Rn.
      Катушки индуктивности и конденсаторы будут отличаться лишь знаком, с которым будет порождаться реактивное сопротивление: .

  1. Трёхфазные цепи.

    1. П
      онятие о трёхфазных цепях, мгновенные значения ЭДС трёхфазного источника питания, способы соединения фаз источника и потребителя.
      Трёхфазной
      цепью называется совокупность трёх электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной частоты, но сдвинутые по фазе на 120 градусов относительно друг друга. Состоит такая цепь из трёхфазного генератора, соединительных проводов и нагрузки. Мгновенные значения ЭДС EA, EB, EC см. на рисунке ниже.


      Несколько
      способов соединения:





    1. Фазные и линейные напряжения в трёхфазной электрической цепи при соединении фаз источника и потребителя в схему «звезда», симметричная и несимметричная нагрузка, функция нейтрального провода, построение векторной диаграммы.
      На
      рисунке выше показано соединение в схему «Звезда» и векторная диаграмма. При этом вместо ЭДС может быть, например, катушка индуктивности.
      Линейное
      напряжение напряжение на проводах, идущих от источника к нагрузке (линейных проводах).
      Нейтральный
      провод провод, соединяющий нейтральные точки источника и приёмника. Напряжение между линейным и нейтральным проводом называется фазным.
      Ещё
      пример векторной диаграммы:

      Симметричной
      называется нагрузка, при которой нагрузка на все три фазы одинакова и активное сопротивление ZA = ZB = ZC. Несимметричной при которой нагрузка распределена неравномерно, а сопротивление нейтрального провода равно нулю.

    2. Мощность трёхфазной электрической цепи при симметричной нагрузке.
      При
      симметричной нагрузке мощность выражается формулой
      .
      При
      несимметричной рассчитывают мощность на каждой фазе:

  1. Выпрямители

    1. Полупроводниковый диод: вольтамперная характеристика, свойство и назначение.
      Полупроводниковый
      диод полупроводниковый (то есть проводящий ток только в одну сторону) прибор с одним переходом и двумя выводами. Выпрямители, работающие на основе диодов, предназначены для преобразования переменного напряжения в знакопостоянный (то есть график выглядит как синусоида, но отрицательная часть обрезается).
      Вольтамперная
      характеристика зависит от используемого материала, но в целом имеет следующий вид:



  1. Тиристор: вольтамперная характеристика, свойство и назначение.
    Тиристор
    полупроводниковый прибор с тремя и более PN-переходами.
    Применяются
    в управляемых выпрямителях, регуляторах мощности и инверторах.
    Вольт-амперная
    характеристика:




  1. Однополупериодная схема выпрямления, среднее значение выпрямленного напряжения, эпюра напряжений на нагрузке, диоде и источнике.
    Самая простая схема, содержащая в себе один диод. На выходе получается знакопостоянный пульсирующий ток:


.

  1. Д
    вухполупериодная мостовая схема выпрямления, среднее значение выпрямленного напряжения, эпюра напряжений на нагрузке, диоде и источнике.
    Двухполупериодная
    схема содержит в себе мост участок из четырёх диодов. Эпюра и среднее значение:



    1. Управляемый выпрямитель на тиристорах, схема, эпюра напряжений на нагрузке, источнике и на управляющих входах тиристоров.
      Схема
      и эпюра напряжений:

    2. Емкостной фильтр в однополупериодной и двухполупериодной схемах выпрямления, эпюра напряжения на нагрузке, характер пульсаций, расчёт ёмкости фильтра.

  1. Переходные процессы

    1. Переходной процесс при включении катушки индуктивности на постоянное напряжение.




  1. Переходной процесс заряда конденсатора от источника постоянного напряжения.




  1. Переходной процесс при коротком замыкании ветви с катушкой индуктивности.




    1. Переходной процесс разряда конденсатора на балластном резисторе

  1. Магнитные цепи

    1. Магнитные цепи с постоянной намагничивающей силой, основные законы магнитных цепей (законы Кирхгофа, закон Ома)
      Магнитной
      цепью называется последовательность взаимосвязанных магнетиков, по которым проходит магнитный поток.
      Законы
      Кирхгофа для магнитных цепей:

      Закон
      Ома:
      .

    2. Магнитные цепи с переменной намагничивающей силой, действующее значение ЭДС, наведённой переменным синусоидальным магнитным полем, катушка индуктивности (уравнения, векторная диаграмма и схема замещения)
      Намагничивающая
      (магнитодвижущая) сила аналог ЭДС для магнитных цепей.
      Действующее
      значение ЭДС не найдено
      Векторная
      диаграмма и схема замещения катушки индуктивности не найдено
      Индуктивность
      катушки через поток: .





    3. Прямая и обратная задача расчёта магнитной цепи с постоянной намагничивающей силой.

      В прямой задаче задаются характеристики магнетика, и требуется найти проходящий через него ток. В обратной задаче – даны характеристики магнитной цепи, и требуется найти характеристики магнетика.
      Примеры решения – на изображениях ниже.





  1. Трансформаторы


1. Устройство, принцип действия двухобмоточного трансформатора. Понятие об идеальном трансформаторе, основные соотношения (коэф. трансформации, коэф. электромагнитной связи, коэф. электромагнитного рассеивания).


Трансформатор – статический электромагнитный аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, той же частоты.



Схема двухобмоточного трансформатора: 1 и 3 — первичная и вторичная обмотки соответственно с числом витков w1 и w2; 2 — сердечник или магнитопровод; Ф — основной магнитный поток; е1 и е2 — ЭДС; I1 и I2 — токи в первичной и вторичной обмотках; U1 — напряжение на первичной обмотке; Zн — сопротивление нагрузки.


Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

1) Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

2) Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)


В простейшем случае трансформатор имеет одну первичную обмотку 1, к которой

подводится электрическая энергия , и одну вторичную обмотку 3, от которой

энергия отводится к потребителю (Zн). Передача энергии из одной обмотки в другую

производится путем электромагнитной индукции.

Ток I1 создает поток Ф, который индуктирует ЭДС как в первичной, так и во

вторичной обмотках. При подключении Zн во вторичной обмотке возникает ток I2 и на ее

зажимах устанавливается U2 . При этом создается в магнитопроводе результирующий

магнитный поток Ф с , создаваемый токами обеих обмоток.


/* то же, но заумнее:

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение u1 от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания i1 создаёт переменный магнитный поток Ф1 в магнитопроводе. Магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу, пересекает первичную и вторичную обмотки и индуцирует в них ЭДС е1 и е2 соответственно.

При подключении к зажимам вторичной обмотки нагрузки с сопротивлением Zн под воздействием ЭДС е2 через нее будет протекать переменный ток I2 и энергия из цепи первичной обмотки будет передаваться в цепь вторичной обмотки за счет переменного магнитного потока Ф1. Вторичный ток i2 образует в сердечнике трансформатора свой собственный магнитный поток Ф2, который накладывается на поток первичной обмотки. В результате в магнитопроводе создается общий магнитный поток Ф, который сцепляется с витками обеих обмоток. Этот поток называют основным или рабочим потоком трансформатора.

Наряду с основным магнитным потоком в трансформаторе существуют переменные магнитные потоки рассеяния Фσ1 и Фσ2, создаваемые токами его обмоток и замыкающиеся вокруг витков первичной и вторичной обмоток в основном через воздух. Значения этих потоков прямо пропорциональны токам обмоток. */


Идеальный трансформатор – трансформатор без потерь потери энергии на гистерезис, вихревые токи и потоки рассеяния обмоток. В И.Т. выполняются соотношения I2 = kI1, U1 = kU2, где k – коэф. трансформации.


Основные соотношения И.Т.:

1) Коэффициент трансформации: отношение ЭДС или числа витков обмоток трансформатора. С другой стороны, коэф. тр-ции равен отношению напряжений на обмотках при холостом ходе трансформатора.


2)Коэффициентэлектромагнитнойсвязи:

,

где L 11 и L 22 – собственные индуктивности, а М - взаимная индуктивность обмоток.


3) Коэффициент электромагнитного рассеяния:


2. Режим холостого хода идеального трансформатора, напряжения на первичной и вторичной обмотках.


Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.


Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены, ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, равен переменному току намагничивания, нагрузочные токи отсутствуют. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (ферромагнитного материала, трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.


Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.


векторнаядиаграмманапряженийитоковвтрансформаторенахолостомходуприсогласномвключенииобмоток.


Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея.

,

гдеN2 числовитковобмотки,Ф суммарныйм.поток.







3.Индуктивностиобмотоктрансформатора,уравнениянапряженияпервичнойивторичнойобмотоктрансформатора,работатрансформатораподнагрузкой.
Индуктивность
первичнойобмотки:

ДОПИСАТЬ
остальное


4. Схема замещения и векторная диаграмма двухобмоточного трансформатора.


В этой схеме rм + jxм = Zм - сопротивление намагничивающего контура, где rм учитывает потери стали сердечника, а xм - реактивную мощность, затрачиваемую на создание магнитного потока Φ.

В режимах, когда можно пренебречь током холостого хода (I0 ≈ 0), схема замещения упрощается (Zм = ∞) и приобретает вид, представленный на выше. Параметры этой схемы zк = z1 + z'2, rк = r1 + r'2, xк = x1 + x'2 называют соответственно полным, активным и индуктивным сопротивлениями короткого замыкания.


Векторнаядиаграмматрансформатора,соответствующаяэтойсхемезамещения,дляслучаяактивно-индуктивнойнагрузки:



  1. Машины постоянного тока


1. Устройство и принцип действия машины постоянного тока.


Электрическая машина - устройство, предназначенное для преобразования механической энергии вращения в электрическую (генератор) и наоборот, электрическую энергию в механическую (двигатель). Работа электрической машины основана на единстве закона электромагнитной индукции и закона электромагнитных сил.

Машина постоянного тока состоит из 2–х основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – якоря (ротора). Между ними всегда имеется воздушный зазор.

Статор, являющийся индуктором, т.е. такой частью машины, в котором наводится магнитное поле, состоит из станины, главных и добавочных полюсов. К статору относятся также подшипниковые щиты с подшипниками. На статоре крепятся щеточный аппарат и коробка выводов.

Якорь состоит из сердечника якоря и коллектора, насаженных на вал. В машинах с самовентиляцией на валу крепится вентилятор.


Возьмем устройство, состоящее из двух магнитных полюсов создающих постоянное магнитное поле, и якоря– стального цилиндра с уложенным на нем витком из электропроводного материала. Концы витка присоединены к двум металлическим полукольцам, изолированным друг от друга и от вала. Полукольца соприкасаются с неподвижными щетками, соединенными с внешней цепью.

При вращении якоря в соответствии с законом электромагнитной индукции в проводниках витка ab и cd при пересечении ими магнитного поля будет индуктироваться ЭДС, которая при наличии стального цилиндра равна

e = BLV, где

V – линейная скорость движения проводника относительно магнитного поля;

B – индукция магнитного поля;

L – длина активной части витка.


Направления ЭДС в проводниках ab и cd определяется по правилу правой руки. По контуру abcd эти ЭДС складываются и, так как верхний и нижний проводники находятся в одинаковых магнитных условиях, то ЭДС витка будет


Таким образом, в данных условиях характер изменения во времени ЭДС в проводнике при вращении определяется характером распределения индукции в зазоре. Распределение ее по окружности якоря неравномерное, так как магнитное сопротивление Rμ потоку различное. Под полюсами индукция В имеет максимальное значение, в промежутке между полюсами индукция уменьшается, достигая на линии qq нулевого значения


Линия dd, проходящая через центр якоря вдоль полюсов, называется продольной осью машины, а линия qq, проходящая через центр якоря посредине между полюсами, называется поперечной осью. Поперечную ось также называют геометрической нейтралью. Часть окружности якоря, приходящуюся на один полюс, называет полюсным делением и обозначают τ.


При вращении якоря через каждые полоборота проводники ab и cd оказываются в поле противоположных полюсов. Поэтому направление ЭДС в них меняется на противоположное. Таким образом, при вращении якоря в витке индуктируется переменная ЭДС (рисунок 1.2,б). Для получения во внешней цепи постоянного тока устанавливают специальный переключатель, называемый коллектором. Проводники ab и cd присоединяются к полукольцам, изолированным друг от друга и от вала. Полукольца (пластины коллектора) соприкасаются с неподвижными щетками, соединенными с внешней цепью. При вращении якоря каждая из щеток будет соприкасаться только с той коллекторной пластиной и соответственно только с тем из проводников, который находится под полюсом данной полярности. Направление ЭДС в витке изменяется на линии геометрической нейтрали и в это же момент происходит переключение полуколец к щеткам А и В. В результате полярность щеток в процессе работы машины остается неизменной, а ЭДС и ток во внешней цепи становятся постоянными по направлению и переменным» по величине. Таким образом, коллектор играет роль механического переключателя сторон витка к щеткам, т.е. является выпрямителем. Чтобы сгладить пульсацию ЭДС и тока во внешней цепи, на якоре располагают несколько витков, присоединенных к соответствующим парам коллекторных пластин и сдвинутых относительно друг друга на некоторый угол. Практически уже при 16 витках на якоре пульсации тока становятся незаметными и ток во внешней цепи можно считать постоянными не только по направлению, но и по величине. Таким образом, мы получили генератор постоянного тока.


Рассмотрим работу данной системы в режиме двигателя. Если к щеткам приложить напряжение внешнего источника электроэнергии, то в витке потечёт ток. Согласно закону электромагнитных сил на каждую сторону витка будет действовать сила

Эти силы создадут вращающий момент

Под действием этого момента якорь начнет вращаться, преодолевая момент сопротивления на валу. После прохождения сторонами витка линии геометрической нейтрали они попадают в зону полюса противоположной полярности. Но в это же время в них изменяется и направление тока, что осуществляется с помощью коллектора. В результате направление момента остается прежним, и якорь будет вращаться в том же направлении. В этом случае коллектор выполняет роль инвертора – преобразователя постоянного тока в переменный.


2. Механическая и электромеханическая характеристики машины постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением, режим холостого хода, режим пуска, работа под номинальной нагрузкой.


Анализ проведем для двигательного режима работы МПТ. Пусть к якорной обмотке и обмотке возбуждения приложены неизменные напряжения Uя и Uв. Тогда при постоянной скорости вращения якоря наводимая ЭДС Е и, соответственно, ток якоря Iя можно считать также практически постоянным. Это дает основание не учитывать влияние индуктивности якорной обмотки на происходящие в ней процессы. При этом в общем случае последовательно с якорной обмоткой и обмоткой возбуждения могут быть включены дополнительные резисторы Rд и Rд.в. Их назначение будет пояснено далее. Взаимные направления напряжения на якоре Uя, тока Iя и ЭДС движения Е для этого режима работы показаны на рис. 8.23.


Если принять, что результирующий магнитный поток не зависит от нагрузки (реакция якоря не проявляется), то в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать

где RяΣ - полное сопротивление якорной цепи двигателя, включая сопротивление дополнительного резистора Rд.


Подставив в (8.20) выражение для ЭДС из (8.10) и решив полученное уравнение относительно скорости ω, получим


Уравнение (8.21) отражает аналитическую связь между двумя переменными: электрической величиной – током якоря Iя и механической величиной – скоростью ω. В электроприводе такие зависимости получили название электромеханических или скоростных характеристик.


Подстановка в (8.21) выражения для тока якоря из (8.14) позволяет установить связь между двумя механическими величинами: моментом М и скоростью ω

Такие характеристики также широко распространены в электроприводе и получили название механических характеристик. Следует заметить, что поскольку в выражения (8.21) и (8.22) не входят производные переменных, их называют статическими характеристиками. Как видно из (8.21) и (8.22), при неизменных U, Ф, RяΣ характеристики ω(Iя) и ω(M) – прямые линии.


Отметим характерные точки электромеханической и механической характеристик. Их положение можно определить координатами пересечения соответствующих графиков с осями координат. Скорость, при которой ток якоря и электромагнитный момент равны нулю, называют скоростью идеального холостого хода и обозначают ω0. Она равна

Соответственно, режим работы МПТ, при котором она работает со скоростью ω0 называют режимом идеального холостого хода. В этом режиме ЭДС движения Е направлена навстречу приложенному напряжению U и полностью его уравновешивает.


Характеристики ω(M), построенные по (8.22) при прямом и обратном знаках приложенного напряжения Uя, показаны на рис. 8.24 (характеристики 1 и 2). В соответствии с (8.23) и (8.27) абсолютные значения скорости идеального холостого хода |ω0| и момента короткого замыкания |Mкз| при этом не изменяются, поэтому характеристики расположены симметрично относительно начала координат. Как видно из (8.14), при постоянном потоке момент и ток якоря связаны линейно. Поэтому графическое изображение электромеханической характеристики ω(Iя) отличается от графика механической характеристики ω(M) лишь изменением масштаба по оси абсцисс. Участки этих характеристик при одинаковых знаках ω и M соответствуют двигательному режиму работы МПТ, а при разных знаках – тормозной режим.


- ток короткого замыкания.

- э-м. момент короткого замыкания.


Пуск. В соответствии с уравнением равновесия моментов условием пуска двигателя является неравенство Мп >Мст. Если это условие выполняется, то при включении двигателя в сеть ротор приходит в движение и разгоняется до установившегося режима. Ввиду того, что ротор обладает моментом инерции, разгоняется он не мгновенно – нарастание скорости происходит по закону, близкому к экспоненте.

Пуск двигателя постоянного тока осложняется тем, что при ω=0 ЭДС Eя=0 и пусковой ток якоря Iяп= Uя/ Rя может в 10 – 20 раз превышать номинальный ток, что опасно как для двигателя (усиление искрения, динамические перегрузки), так и для источника питания. Поэтому важнейшими показателями пускового режима являются кратность пускового тока Kiп= Iп/ Iном и кратность пускового момента Кмп= Мп/ Мном. При пуске необходимо обеспечить требуемую кратность пускового момента при возможно меньшей кратности пускового тока.

Прямой пуск применяют обычно при кратности пускового тока K iп?6. При большем значении Kiп применяют способы пуска, обеспечивающие снижение тока Iяп либо за счет подачи пониженного напряжения на обмотку якоря, либо за счет введения добавочного сопротивления в цепь якоря. Первый способ применяется в основном при работе двигателей в системах автоматического регулирования с якорным способом управления. Второй способ, называемый реостатным, распространен наиболее широко в нерегулируемом приводе. Сопротивление пускового реостата Rп= Rд (см. рис. 5.19) выбирают таким, чтобы ограничить Iяп до (1,4 – 1,8) Iя.ном у двигателей средней мощности и до (2,0 – 2,5) Iя.ном у двигателей малой мощности. По мере разгона якоря ток якоря уменьшается и пусковой реостат постепенно выводится.


3. Механическая и электромеханическая характеристики машины постоянного тока с последовательным возбуждением, режим холостого хода, режим пуска, работа под номинальной нагрузкой.


Обычная схема включения МПТ последовательного возбуждения показана на рисунке 8.25, на котором взаимные направления напряжения источника питания U, ЭДС движения Е и тока Iя соответствуют двигательному режиму работы. Поскольку обмотки якоря и возбуждения соединены последовательно и по ним протекает один и тот же ток Iя, поток Ф изменяется с изменением якорного тока, т.е. поток является функцией якорного тока, т.е. Ф(Iя). При этом, уравнения электромеханической и механической характеристик имеют тот же вид, что и для МПТ независимого возбуждения

Однако следует иметь в виду, что в сопротивление якорной цепи RяΣ входит также сопротивление обмотки возбуждения Rв, а зависимость Ф(Iя), называемая кривой намагничивания, нелинейна и не имеет простого аналитического выражения. Поэтому уравнения (8.28) и (8.29) непосредственно не позволяют установить характер зависимости между скоростью и током и скоростью и моментом, т.е вид электромеханических и механических характеристик. В первом приближении эти зависимости для установившегося режима работы МПТ можно получить, если пренебречь насыщением, т.е. принять, что поток и ток якоря связаны линейной зависимостью:

,

где α – коэффициент пропорциональности между током и потоком.


Подставив в (8.28) выражение для потока из (8.30), получаем приближенное уравнение для электромеханической характеристики

С учетом того, что в данном случае момент и ток связаны зависимостью

находим уравнение механической характеристики


, где


.

Таким образом, даже при сделанном допущении из (8.31) и (8.33) следует, что электромеханическая и механическая характеристики нелинейны и представляют собой гиперболические зависимости. Одной из асимптот для обеих зависимостей является ось ординат, а другой асимптотой – прямая, параллельная оси абсцисс, уравнение которой для имеет вид:

Следует особо отметить, что полученные уравнения являются идеализированными и дают лишь самое общее представление о характеристиках МПТ последовательного возбуждения. В частности, из уравнений (8.31) и (8.33), видно, что отличительной особенностью характеристик этой машины является отсутствие точки идеального холостого хода. При снижении момента и тока снижается магнитный поток и скорость существенно возрастает, теоретически стремясь к бесконечности. Однако, реально она ограничена на некотором максимальном уровне из-за наличия остаточного потока намагничивания Фост. Наличиеостаточногопотокаопределяетвеличинускоростиидеальногохолостогохода

Тем не менее, если учесть, что обычно Фост не превышает (2 – 9)% от номинального значения потока, значение ω0 может в десятки раз превышать номинальную скорость двигателя. С учетом того, что такие значения скорости недопустимы по условиям прочности механической конструкции двигателя, оказывается, что реально режим идеального холостого хода двигателя находится далеко за пределами его рабочей зоны.

Кроме того, в действительности магнитная система машины насыщена и кривая намагничивания далека от прямой. Соответственно, реальные характеристики заметно отличаются от кривых, получаемых согласно уравнениям (8.31) и (8.33).

 электрическая характеристика

 механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения для прямого (кривая 1) и обратного (кривая 2) направлений вращения


Пуск, реверсирование, торможение и регулирование угловой скорости двигателей последовательного возбуждения осуществляется теми же способами, что и у двигателей независимого и параллельного возбуждения с учетом специфики включения обмоток.


4. Работа машины постоянного тока в четырёх квадрантах плоскости механических характеристик: двигательный режим, реверсивный режим, генераторный режим, режим торможения противовключением, режим рекуперативного торможения и режим динамического торможения.


Если в уравнении механической характеристики ω=U/(KΦ)−Rя·M/(KΦ)2 изменять напряжение в интервале (+Uн,−Uн), то при различных значениях скорости и момента мы получим семейство механических характеристик, расположенных во всех четырех квадрантах плоскости параметров ω,M.



В квадрантах 1 и 3 имеем двигательныйрежим, так как здесь электромагнитная мощность двигателя положительна – P=Mω>0, а в квадрантах 2 и 4 реализуются тормозные (генераторные)режимы, так как здесь P<0. Причем, если двигательный режим один (область его существования отмечена горизонтальной штриховкой), то тормозных режимов несколько. Рассмотрим их.




Из теории электрических машин известно, что генераторный режим имеет место в том случае, если э.д.с. и ток двигателя одного знака. Согласно формуле U=RяIя+E имеем:

Iя=(U−E)/Rя.

Отсюда можно заключить, что ток и э.д.с. будут одного знака в трех случаях:

1. Если при одинаковых знаках, модуль э.д.с. больше модуля напряжения на якорной обмотке: |E|>|U|;

2. Если напряжение якорной обмотки равно нулю: U=0 (при ω≠0);

3. Если напряжение и э.д.с. имеют разные знаки: signU=−signE.


Режим, соответствующий первому условию, называют рекуперативным торможением. Он возникает в том случае, если скорость двигателя под действием внешнего момента, возникающего при торможении рабочего органа, превысит скорость холостого хода, т.е. рабочая точка привода по механической характеристике перейдет из квадранта 1 в квадрант 2, либо из квадранта 3 в квадрант 4. Область существования режима рекуперативного торможения отмечена вертикальной штриховкой. При этом двигатель работает как обычный генератор постоянного тока, его механическая и электромеханическая характеристики описываются теми же уравнениями ω=U/(KΦ)−RяIя/(KΦ) и ω=U/(KΦ)−Rя·M/(KΦ)2. Уравнение баланса мощностей имеет вид

Pэ=Pм−ΔP

где: Pм – механическая мощность, поступающая от рабочего органа,

Pэ – мощность, генерируемая двигателем,

ΔP – потери мощности в обмотке якоря.


В соответствии с этим механическая энергия торможения рабочего органа частично возвращается в сеть, а частично рассеивается в виде потерь в двигателе.


Режим, соответствующий второму условию называют динамическим торможением. Физически он реализуется путем отключения двигателя от сети и закорачивания обмотки якоря, либо включения ее на добавочное активное сопротивление. В первом случае рабочая точка привода оказывается на линии механической характеристики при U=0, которая является механической характеристикой режима динамического торможения при Rд=0. Во втором случае уравнение механической характеристики двигателя при динамическом торможении имеет вид

ω=−(Rя+Rд)·M/(KΦ)2

Следовательно, в обоих случаях механические характеристики проходят через начало координат и отличаются только жесткостью.


Уравнение баланса мощностей для динамического торможения имеет вид Pм=ΔP.

Согласно этому уравнению механическая энергия торможения рассеивается в виде электрических потерь на добавочном сопротивлении и в обмотке якоря.


Режим, соответствующий третьему условию, называют противовключением. Физически он реализуется, если под действием момента со стороны рабочего органа двигатель начнет вращаться в обратную сторону, т.е. рабочая точка перейдет по механической характеристике из квадранта 1 в квадрант 4 или из квадранта 3 в квадрант 2. Режим противовключения возникает также, если в работающем двигателе изменить полярность напряжения на якорной обмотке. Тогда за счет инерции вращающихся частей какое-то время якорь будет вращаться в сторону, противоположную направлению момента. Отсюда и название режима. Область существования режима противовключения отмечена наклонной штриховкой.


Уравнение механической характеристики имеет вид: ω=−(U/(KΦ)+Rя·M/(KΦ)2).


При переключении полярности напряжения в обмотке якоря может возникнуть большой ток, определяемый выражением Iя=−(U+E)/Rя, поэтому необходимо предусматривать меры по его ограничению, например, путем введения добавочного сопротивления в цепь якоря или используя устройства ограничения тока в преобразователях напряжения, от которых питается двигатель.


Уравнение баланса мощностей имеет вид: Pм+Pэ=ΔP.


В соответствии с этим уравнением при торможении противовключением механическая энергия торможения и электрическая энергия, потребляемая двигателем, преобразуются в электрические потери.


Реверсирование – это изменение направление вращения двигателя. Обычно оно выполняется в две стадии. Сначала двигатель останавливается торможением, а затем изменяется направление тока якоря или обмотки возбуждения и производится пуск. В микромощных (до 500 Вт) двигателях, если нагрузка допускает ударные моменты и требуется изменение направления вращения за минимальный отрезок времени, реверсирование вращающегося двигателя осуществляют переключением обмотки якоря.


Двигательный и генераторный режимы подробно рассмотрены в 9.1.


5. Регулирование скорости двигателя постоянного тока: реостатное регулирование, регулирование за счет изменения напряжения якорной обмотки, регулирование за счёт изменения потока возбуждения.


Угловую скорость двигателя

ω=Uя/ kФ – ( Rя+ Rд)/( kФ)2)M

при неизменном моменте сопротивления можно регулировать тремя способами:


1) Реостатным – изменением добавочного сопротивления Rд в цепи якоря.



2) Якорным – изменением напряжения на обмотке якоря Uя;

3) Полюсным – изменением магнитного потока возбуждения Фв;





  1. Машины переменного тока

    1. У
      стройство и принцип действия асинхронной машины, условия создания вращающегося магнитного поля, механическая характеристика машины в четырех квадрантах.

      Асинхронная
      машина состоит из:
      Ротора
      вращающейся части
      Статора
      неподвижной части
      Для
      регулирования частоты вращения ротора может применяться реостат. Также обмотка ротора может быть замкнута накоротко (получающуюся конструкцию называют «беличья клетка»), в таком случае применяют другие методы вращения например, изменение напряжения.
      К
      асинхронному двигателю ведут четыре провода: три питание, а также нейтральный провод.

      Машина
      называется асинхронной, так как ротор вращается не синхронно с изменением магнитного поля (кроме режима холостого хода).
      Принцип
      действия: Вращающийся магнитный поток пересекает ротор, наводя ЭДС. Под действием ЭДС в замкнутых витках создаётся дополнительный магнитный поток. Суммарный поток создаёт вращающий момент.

    2. Принцип действия синхронной машины, пуск синхронного двигателя, синхронный генератор, механическая характеристика машины.
      В
      синхронной машине, как понятно из названия, ротор вращается вместе с изменением магнитного поля. Для пуска синхронного двигателя ротор с помощью внешнего момента разгоняют до частоты вращения, близкой к синхронной.
      Генераторный
      режим режим, при котором характеристика проходит через ноль (см. выше). Используется для торможения системы, например, автомобиля. Такое торможение называется рекуперативным.

    3. С
      хема замещения и векторная диаграмма асинхронной машины, расчёт электромагнитного момента по упрощённой схеме замещения.
      Схема
      замещения:

      Расчёты
      выполняются аналогично тому, как это делается при решении задач на цепи синусоидального тока. Электромагнитный момент вычисляется... ДОПИСАТЬ

    4. Регулирование скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: частотное регулирование, регулирование за счёт изменения количества пар полюсов.

      1. Ч
        астотное регулирование
        Данный
        метод используется для плавного регулирования скорости в широком диапазоне. Суть в том, что к выводам асинхронного двигателя добавляется преобразователь частоты питающего напряжения, отчего изменяется частота вращения ротора.





      2. Регулирование за счёт изменения количества пар полюсов
        ДОПИСАТЬ

    5. Регулирование скорости асинхронного двигателя с фазным ротором: реостатное регулирование в четырех квадрантах плоскости механических характеристик.


  1. Введение резистора (реостатное)
    К асинхронному двигателю в цепь можно ввести добавочное сопротивление. Изменяя его, получим разные скорости вращения ротора.

  2. Изменение напряжения на статоре
    К выводам асинхронного двигателя добавляют преобразователь напряжения. Ясно, что при изменении напряжения частота вращения ротора также изменится.



  • Карта сайта