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

80546. Необхідність кредитування підприємств 140.5 KB
  Кредитування підприємств ТЕМА: Необхідність кредитування підприємств. Суть функції і принципи кредитування. Одержання кредиту. Таким чином виникнення і функціонування кредиту повязане з необхідністю забезпечення безперервного процесу відтворення.
80547. Основний капітал, його утворення, оцінка і використання на підприємствах 178.5 KB
  Поняття класифікація і оцінка основних засобів підприємства. Фінансування ремонту та полліпшень основних засобів на підприємствах. Вартісний критерій віднесення матеріальних необоротних активів до основних засобів...
80548. Сутність і основи організації фінансів підприємств 189.5 KB
  У фінансовій системі держави головною, визначальною її ланкою виступають фінанси підприємств. Тому що вони функціонують у тій сфері суспільного виробництва, де створюються матеріальні блага, валовий внутрішній продукт і національний доход суспільства, а також формується основна частина фінансових ресурсів держави.
80549. Організація розрахунків на підприємстві 275 KB
  Організація зберігання і обігу грошових коштів. Суть безготівкових розрахунків полягає в тому що платежі здійснюють шляхом списання коштів із банківського рахунку платника і зарахування їх на банківський рахунок одержувача тобто проведенням відповідних записів на банківських рахунках обох учасників розрахунків. Розрахунковий документ це відповідно оформлений документ на переказ грошових коштів. За часів переходу до ринкових відносин організація безготівкових розрахунків повинна сприяти вирішенню таких завдань: удосконалення...
80550. Оцінка фінансового стану підприємства 178 KB
  Оцінка фінансового стану підприємства. Фінансова звітність як інформаційне забезпечення оцінки фінансового стану підприємства. Фінансовою звітністю є зведенням інформації про фінансовий стан на визначену звітну дату результати діяльності рух коштів підприємства та власного капіталу за визначений звітний період на підставі даних бухгалтерського обліку. У фінансовій звітності відображаються показники діяльності дочірніх підприємств філій представництв відділень та інших відокремлених підрозділів; підприємства що функціонують у...
80551. Поточне фінансове планування та бюджетування 76.5 KB
  Фінансове планування на підприємствах. Вироблення управлінських рішень оцінка та вибір найбільш ефективних варіантів форм і засобів їхнього виконання здійснюється на основі планування розвитку економіки підприємства в цілому. Фінансове планування виражає розвиток підприємства у відповідних фінансових показниках Ринок ставить високі вимоги до якості фінансового планування оскільки нині за негативні наслідки своєї діяльності відповідальність нестиме само підприємство. Фінансове планування це процес визначення обсягу фінансових ресурсів за...
80552. Фінансова санація підрприємства 97.5 KB
  Неплатоспроможність у свою чергу є підставою для оголошення підприємства банкрутом. Водночас банкрутство підприємства та його ліквідація означають не тільки збитки для акціонерів кредиторів виробничих партнерів споживачів продукції а й зменшення податкових надходжень у бюджет а також збільшення безробіття що теж може стати одним із факторів макроекономічної нестабільності. За умови проведення санації оздоровлення чи реструктуризації такі підприємства можуть розрахуватися з боргами і продовжити діяльність. Під фінансовою кризою...
80553. Планування санації 102.5 KB
  Оцінка санаційної спроможності підприємства. Аналіз факторів і причин впливу на підприємство стану підприємства. Головним критерієм прийняття рішення щодо санації чи ліквідації підприємства є його санаційна спроможність. Санаційна спроможність це наявність у підприємства що зазнало фінансової кризи фінансових організаційнотехнічних та правових можливостей які забезпечуватимуть успішне проведення його фінансової санації.
80554. Джерела санації підрприємств 95 KB
  У цьому випадку мова іде насамперед про зменшення статутного фонду за рахунок зменшення номінальної вартості акцій та зменшення їх кількості з метою: одержання санаційного прибутку з наступним спрямуванням його на покриття балансових збитків; приведення у відповідність розміру основних та оборотних засобів підприємства з розміром його власного капіталу та ін. Санаційний прибуток це прибуток який виникає внаслідок викупу підприємством власних корпоративних прав акцій паїв за курсом нижчим від номінальної вартості цих...