ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

8.1.3. Широкое применение двигателей постоянного тока объ­ясняется в первую очередь простыми и надежными способами регулирования частоты вращения в широких пределах и боль­шими пусковыми моментами.

8.2.2. Участки магнитопровода машины постоянного тока вы­полняются из стали с целью усиления магнитного поля, так как электротехническая сталь обладает высокой магнитной прони­цаемостью.

8.3.3. Если щетки сдвинуть с геометрических нейтралей, то витки, образующие параллельную ветвь обмотки якоря маши­ны, будут расположены в зоне действия разных полюсов и, сле­довательно, под каждым полюсом будут находиться проводни­ки обмотки якоря, имеющие разное направление тока. В резуль­тате возникают электромагнитные силы, действующие на якорь в противоположные стороны. Поэтому электромагнитный момент двигателя уменьшится.

8.4.1. При уменьшении тока в обмотке возбуждения уменьша­ется магнитный поток и, согласно уравнения , уменьшается ЭДС.

8.5.2. Электромагнитные причины искрения щеток на кол­лекторе связаны с тем, что в коммутируемых секциях будет наводиться ЭДС, которая создает добавочный ток коммутации. Бели при завершении коммутации добавочный ток в комму тируемой секции не равен нулю, то это приводит к появлению искрения между щеткой и коллектором.

8.6.5. При смешанном возбуждении увеличение тока якоря приводит к увеличению магнитного потока последовательной обмотки. Если параллельная и последовательная обмотки включены встречно, то результирующий магнитный поток бу­дет уменьшаться.

8.7.1. Пусковой реостат применяют для ограничения пускового тока  и при этом согласно уравнения электромагнитного момента машины постоянного тока уменьшается пусковой момент.

8.8.3. При уменьшении момента сопротивления на валу час­тота вращения двигателя начинает возрастать, возрастает противо-ЭДС, а ток якоря и вращающий момент уменьшаются, Когда вращающий момент станет равным моменту сопротив­ления, установится новое установившееся состояние при большей частоте вращения двигателя.

8.9.2. Если цепь якоря отключить от сети и замкнуть на резистор, а обмотку возбуждения включить в сеть, то машина начи­нает работать в режиме генератора независимого возбуждения и при этом возникает тормозной электромагнитный момент, Если же цепь якоря замкнуть на резистор при самовозбуждении, то в этом случае ток в цепи якоря и обмотки возбуждения изменит направление. При этом магнитный поток обмотки возбуждения и магнитный поток, созданный остаточной намагниченностью, будут направлены встречно и самовозбуж­дение машины не произойдет.

8.10.3. Двигатели последовательного возбуждения целесо­образно использовать при тяжелых условиях пуска и при пере­грузках, так как они развивают больший момент при меньшем токе и мощности, чем, двигатели параллельного возбуждения.

8.11.2. Двигатели постоянного тока с возбуждением от по­стоянных магнитов имеют более высокий КПД, так как у них отсутствует обмотка возбуждения и, следовательно, нет элек­трических потерь в этой обмотке.

8.12.2. При работе универсального коллекторного двигателя от сети переменного тока напряжение подается на часть об­мотки возбуждения. Этим достигается сближение рабочих ха­рактеристик при работе двигателя от сетей постоянного и пере­менного тока.

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

9.1.3. Листы пакетов электротехнической стали электри­чески изолируют друг от друга для уменьшения вихревых то­ков, т. е. уменьшения тепловых потерь и повышения КПД ма­шины. Частота вращения магнитного поля относительно статорного пакета равна  относительно роторного пакета в но­минальном режиме работы она на порядок меньше. Поэтому листы ротора можно не изолировать друг от друга.

9.2.1. Частота вращения зависит от частоты сети . Вы исходите из того, что в США частота , Вы правы.

9.3.2. Частота сети не задана и Вы строили свой ответ, счи­тая, что , обмотка, изображенная на рисунке имеет две катушки на каждую фазу. Вы правы при  и .

9.4.3. Проводники ротора, вращающегося с синхронной ско­ростью, не пересекают линий магнитного поля, поэтому ЭДС равна нулю. Для неподвижного ротора частота пересечения проводников магнитным полем такая же, как и для провод­ников статора, следовательно, частоты этих ЭДС равны между собой и равны частоте сети.

9.5.3. Зависимости  и  действительно совпадают.

9.6.2. Вы учли, что постоянство амплитуды магнитного потока обеспечивается при постоянстве МДС. Ток  зависит от тока , т. е. от частоты вращения вала, которая влияет так же и на индуктивное сопротивление роторной обмотки. Примерное ра­венство ЭДС вращения фазному напряжению статора  справедливо только при малых скольжениях.

9.7.1. В режиме пуска скольжение равно единице, при этом ток ротора принимает максимальное значение. В соот­ветствии с принципом Ленца индуктированные токи ротора стремятся изменить магнитный поток вращающегося поля, а токи статорной обмотки будут компенсировать размагничи­вающее действие токов ротора, обеспечивая тем самым посто­янство магнитного потока.

9.8.2. Значение магнитного потока и его частота вращения относительно статора не зависит от нагрузки на валу, следова­тельно, изменение нагрузки не влияет на интенсивность вих­ревых токов и гистерезис, т. е. на мощность магнитных потерь.

9.9.3. На рисунке показаны направления ЭДС и токов про­водников ротора. Направление ЭДС определено по правилу правой руки. Направление токов на рис. а совпадает с

направлением ЭДС (сдвиг по фазе между  и  отсутствует), На рис. б направление токов проставлено с учетом того, что  отстает по фазе от  на угол . Направления электро­магнитных сил определены по правилу левой руки. На рис. а направления всех сил совпадают и действуют в на­правлении вращения магнитного поля, создавая вращающий электромагнитный момент. На рис. 6 равнодействующая электромагнитных сил равна нулю, т. е. реактивная составляю­щая тока электромагнитного момента не создает. Следовательно, направления сил на обоих рисунках даны верными.

9.10.1. В асинхронном двигателе снижение напряжения ста­торной цепи уменьшает значение максимального момента, не изменяя критического скольжения, введение реостата в цепь ротора не влияет на значение максимального момента, но увеличивает значение критического скольжения.

9.11.3. Безусловно, что при  снизятся значения маг­нитного потока Ф, следовательно, ЭДС и пусковые токи об­мотки. Это хорошо. Но Вы правы, так как при этом снижается и пусковой момент двигателя , а в вопросе не оговорено в режиме холостого хода или при нагрузке на валу запускают двигатель. Если  будет больше  - запуск двигателя не возможен.                                                                                                                                                               

9.12.2. Если регулировать частоту напряжения статорной це­пи в сторону f > 50 Гц, то можно, в принципе, обеспечить зна­чение частоты вращения поля  существенно превышающее 3000 o6/мин следовательно, выполнить условие . Вы правы, только помните, что , а повышать напряже­ние выше номинального недопустимо, поэтому можно полу­чать  при условии недогруженного двигателя, т.е. при .

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

10.1.3. Как известно, магнитные потери возникают при перемагничивании магнитопровода. В синхронной машине ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора и, следовательно, не перемагничивается. Поэтому в роторе нет магнитных потерь. Изготовление ротора из тонких листов стали приведет к уменьшению его механической прочности, а КПД при этом не изменится.

10.2.3. При емкостной или индуктивной нагрузке под каждым полюсом статора будут находиться проводники обмот­ки возбуждения, имеющие разное направление тока ротора . В результате взаимодействия магнитного поля статора и проводников с токами на роторе возникают электромагнитные силы, действующие на ротор в тангенциальных направлениях в разные стороны, и результирующий электромагнитный момент будет равен нулю.

10.3.1. Если ток статора опережает напряжение на угол , то режим работы синхронного генератора характеризуется ре­активным емкостным током и при этом активная мощность равна нулю. Следовательно, угол рассогласования . При построении векторной диаграммы вектор  следует направить от конца вектора  в противоположную ему сторону, так как он должен опережать вектор тока  на угол . Поэтому век­тор  будет короче вектора  на длину вектора  (см. рисунок).

10.4.2. ЭДС  индуцируется в фазе обмотки статора генера­тора, которая соединяется "звездой". Для равенства напряже­ний сети и генератора . С целью выполнения второго условия синхронизации частота вращения ротора ге­нератора, имеющего две пары полюсов, согласно формуле  должна быть 1500 об/мин.

10.5.1. В этом случае ток возбуждения, создающий основное магнитное поле, будет равен нулю. Следовательно, в обмотках статора не будет индуцироваться ЭДС  и согласно формуле  элек­тромагнитный момент сопротивления будет отсутствовать. Ро­тор за счет вращающегося момента турбины получает ускоре­ние, его частота вращения начинает увеличиваться и генера­тор выходит из синхронизма.

10.6.1. Из векторной диаграммы следует, что ток опережает напряжение на 90°. При построении диаграммы векторы  и  следует изобразить совпадающими, так как двигатель рабо­тает без нагрузки на валу и, следовательно, . Согласно уравнения электрического состояния фазы статора   вектор  следует направить от конца вектора  в про­тивоположную ему сторону. Ток статора  отстает от напряже­ния на индуктивном сопротивлении на 90° и по отношению к напряжению сети оказывается опережающим, чисто емко­стным.

10.7.3. Перегрузочная способность синхронного двигателя при недовозбуждении

1 /sin 30° = 2, а при перевозбуждении – 1/sin 17,5° = 3,3. Поэтому при перевозбуждении двигатель пре­одолеет трехкратную перегрузку, а при недовозбуждении - не преодолеет.

10.8.2. Гистерезисный двигатель может работать в асинхрон­ном режиме, когда момент сопротивления больше гистерезисного момента.