67548

Подобие электромагнитных устройств и электрических машин

Лекция

Физика

Видно что электромагнитная мощность пропорциональна частоте питания произведению площадей стали и окна под обмотки а также амплитуде магнитной индукции и плотности тока в обмотках. 3 Рассмотрим электромагнит постоянного тока см.5 Рассмотрим электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения.

Русский

2014-09-12

128 KB

6 чел.

ЛЕКЦИЯ  24

Подобие  электромагнитных устройств

и электрических машин

Рассмотрим два геометрически подобных двухобмоточных трансформатора. У трансформатора сравнения обозначим: Sc – площадь поперечного сечения стали (магнитопровода); Sо – площадь окна под обмотки; fчастота напряжения;  kз.м – коэффициент заполнения окна медью;  jплотность тока в обмотках; Bm – амплитуда магнитной индукции в стали; w1, w2числа витков первичной и вторичной обмоток; Фm – амплитуда основного магнитного потока. Электромагнитная мощность первичной обмотки определяется выражениями:

Pэм = E1I1 = 4,44 f Фm w1I1 = 4,44 f (ScBm) (Sоkз.м j/2) = 2,22 kз.м f ScSо Bm j .

Предполагается, что первичная обмотка занимает половину площади окна.

Видно, что электромагнитная мощность пропорциональна частоте питания, произведению площадей стали и окна под обмотки, а также амплитуде магнитной индукции и плотности тока в обмотках. Получаем формулу связи для двух подобных трансформаторов:

          (24.1)

Как было показано ранее, при увеличении размеров мощность потерь растет пропорционально третьей степени размеров, а площадь поверхности охлаждения – лишь второй степени размеров. Потребуем, чтобы температура обмоток трансформаторов была одинаковой. Имеем соотношения:

  P = ρj2Vм,

  

Отсюда следует:

или

            (24.2)

Подставляя это соотношение в формулу электромагнитной мощности, получаем

         (24.3)

Рассмотрим электромагнит постоянного тока (см. рис. 20.3). Магнитодвижущая сила его обмотки

Магнитная индукция в воздушном зазоре

Сила тяги электромагнита

Собирая эти формулы в одну, получаем

    

Приходим к выводу, что усилие пропорционально четвертой степени размеров:

          (24.4)

При условии сохранения температуры обмотки при переходе от базового электромагнита к электромагниту сравнения следует учитывать соотношение (24.2), согласно которому получаем

          (24.5)

Рассмотрим электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения. Его электромагнитный момент

где с – конструктивный коэффициент; Ф – основной магнитный поток; Iток якоря. Полагая количество проводников якоря фиксированным, получаем:

где плотность тока  j  по условию сохранения температуры определяется форму

лой (24.2)

Ток обмотки возбуждения по аналогичной причине имеет плотность

Тогда МДС обмотки возбуждения

Напряженность магнитного поля получается делением МДС на длину средней силовой линии, откуда следует

      

Подставляя полученные выражения для плотности тока якоря и для магнитной индукции в формулу момента, получаем:

            (24.6)

При проектировании электродвигателей постоянного тока применяется линейная нагрузка А, равная току, приходящемуся на единицу длины дуги якоря. При геометрическом подобии машин эта величина пропорциональна диаметру якоря при фиксированной плотности тока. Следовательно,

Графики относительных величин j, A и B приведены на рис. 24.1. За единицу приняты их значения у базового электродвигателя.

Рис. 24.1. Зависимости относительных значений плотности тока, линейной

нагрузки и магнитной индукции в зазоре от коэффициента подобия

У двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов выполняются соотношения

 

откуда следует

           (24.7)

Поэтому двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов применяются при сравнительно небольших размерах.

Рассмотрим синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением. Из условия сохранения температуры обмоток якоря и возбуждения получаем

 

Магнитная индукция в зазоре и основной магнитный поток удовлетворяют равенствам

 

а при сохранении числа витков ток обмотки якоря (статора)

Электромагнитный момент синхронного двигателя

где с – конструктивный коэффициент; θ – угол между продольной осью ротора и осью МДС обмотки статора. Подставляя сюда выражения для Ф и I, получаем

           (24.8)

У синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов выполняются соотношения

 

откуда следует

Поэтому двигатели с возбуждением от постоянных магнитов применяются при сравнительно небольших размерах.

Рассмотрим  трехфазный  асинхронный  двигатель  с  короткозамкнутым

ротором. Его электромагнитный момент определяется выражением

где с – конструктивный коэффициент; Ф – основной магнитный поток; I2 – ток фазы обмотки ротора; φ2 – угол сдвига по фазе между ЭДС и током в роторе. Полагая

 

 

получаем

            (24.9)

Следует отметить, что у крупных машин величина магнитной индукции ограничивается насыщением, и показатель степени несколько снижается.

Вернемся к двигателю постоянного тока и рассмотрим два важных динамических параметра – электромагнитную и электромеханическую постоянные времени. Электромагнитная постоянная времени

Здесь Lиндуктивность обмотки якоря; rее активное сопротивление;  Wм –  энергия магнитного поля реакции якоря; P – мощность потерь в обмотке якоря. Энергия магнитного поля определяется выражением

откуда следует

 

С учетом формулы для мощности

приходим к выводу, что

Итак, при увеличении всех размеров вдвое электромагнитная постоянная времени двигателя возрастает в 4 раза.

Займемся теперь электромеханической постоянной времени. Она определяется формулой

С учетом выражений

 

приходим к равенству

При пропорциональном изменении размеров двигателя постоянного тока его электромеханическая постоянная времени не изменяется. Отметим, что в электроприводе электромеханическая постоянная времени зависит от суммарного момента инерции ротора двигателя и объекта управления.

Вопросы для самопроверки

1. Напишите и объясните соотношения подобия для трансформатора при фиксированной плотности тока и при фиксированной температуре обмотки.

2.  Напишите и объясните соотношения подобия для электромагнита постоянного тока  при фиксированной плотности тока и при фиксированной температуре обмотки

3. Напишите и объясните соотношения подобия для двигателя постоянного тока при электромагнитном возбуждении и при возбуждении от постоянных магнитов.

4. Напишите и объясните соотношения подобия для синхронного двигате-

ля при электромагнитном возбуждении и при возбуждении от постоянных магнитов.

5. Напишите и объясните соотношение подобия для асинхронного двигателя с  короткозамкнутым ротором.

6. Напишите и объясните соотношения подобия для электромагнитной и электромеханической постоянных времени двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

 

1

γ

1

A

B

j

B

A

j

0


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15460. Кревська унія 37.5 KB
  Кревська унія. У XIV ст. українські землі роздроблені на окремі князівства й ослаблені зопотоординським ігом підпали під владу кількох феодальних держав. Після смерті 1340 р. галицьковолинського князя Юрія II Польща й Угорщина напали на Галичину яка внаслідок довгої та
15461. Українські землі в складі Речі Посполитої. Люблінська унія та стан справ в українських землях після унії 35 KB
  Українські землі в складі Речі Посполитої. Люблінська унія та стан справ в українських землях після унії. Польські феодали почали наступ на українські землі відразу після монголотатарської навали. Особливо активізувався цей процес у другій половині XVI першій чверт...
15462. Загарбання турками і татарами Південної України і їх наслідки на інші українські землі (друга половина 15 ст.) 27 KB
  Загарбання турками і татарами Південної України і їх наслідки на інші українські землі друга половина 15 ст. Середина XIV ст. стала початком розпаду Золотої Орди. Нескінченні чвари та суперечки суттєво ослабили центральну владу посилили відценіроеі тенденції в Орді що ...
15463. Виникнення і початкова історія українського козацтва 39 KB
  Виникнення і початкова історія українського козацтва. Головною причиною виникнення козацтва на українських землях став дедалі зростаючий соціальний національний та релігійний гніт українського народу. На захист його прав стало козацтво. Козацтво в Україні набуло ш...
15464. Військово-адміністративний устрій Запорозької Січі 44.5 KB
  Військовоадміністративний устрій Запорозької Січі. Питання про утворення Запорозької Січі історики і досі продовжують досліджувати. Вони не дійшли спільної думки чи можна хортицькі укріплення вважати Січчю а князя Дмитра Вишневецького Байду старосту канівського і...
15465. Українське Козацтво в 2ій половині 16 ст. у першій половині 17.ст 42.5 KB
  Українське Козацтво в 2ій половині 16 ст. у першій половині 17.ст. Колоніальна політика Польщі посилення кріпацтва покатоличення викликали активний протест українського населення і зумовили шерег потужних повстань які мали антифеодальний та національновизвольний хар
15466. Соціально-економічний розвиток в Україні в 2-ій половині 16- поч. 17 ст. Посилення феодальної експансії Польщі 42.5 KB
  Соціальноекономічний розвиток в Україні в 2ій половині 16 поч. 17 ст. Посилення феодальної експансії Польщі. Захопивши у XIVXV ст. Галичину Західну Волинь і Поділля Польща прагнула оволодіти й українськими землями які входили до складу Великого князівства Литовського. А...
15467. Битва під Берестечком. Укладання Білоцерківського договору 49.5 KB
  Битва під Берестечком. Укладання Білоцерківського договору. БИТВА ПІД БЕРЕСТЕЧКОМ 1820 червня 1651 одна з визначних битв у ході Визвольної війни українського народу в якій українська армія зазнала поразки.Після укладення Зборівської угоди 1649 р. відносини між козацько
15468. Березневі статті 1654 року 39.5 KB
  Березневі статті 1654 р. Березне́ві статті́ 1654 року інші назви Статті Богдана Хмельницького Березневі статті Богдана Хмельницького Статті війська Запорізького Переяслівські статті угода між російським царським урядом і українською козацькою старшиною