ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 187
Скачиваний: 2
нике при ограниченном давлении р т - с 400-ІО4 н/м2 и пределах изменения температуры 16° С •< йш < 50° С.
Для 0,5 <1 |
ѵш <с 4 |
XV0,5 |
|
м/сек д = -ц------ |
|
||
|
|
44ш |
|
|
|
^т. п = лг- <1шІшѴш2 . |
(6-11) |
Для ѵш> 10 м/сек р = —
Pt. n = -z—dmlmvm. |
(6-12) |
Для машин средней и малой мощности, когда нш < 4 м/сек,
х = 255-104 град • к/ж2
(м/сек)0,5
Подшипники качения имеют значительно меньшие потери, почти неизменные как при пуске, так и при установившейся скорости вращения. Величина потерь в одном подшипнике зависит от нагрузки Fn на подшипник, диаметра dn расположения центров шариков или роликов, окружной скорости ѵц центров их. Эти потери можно оп ределить по формуле
Рп = 0,15 • ІО“4/ 1Rvn/dn. |
(6-13) |
Б. Потери от трения-коллектора о щетки. Трение коллектора о щетки можно рассматривать как сухое и потери вычислять по фор муле (6-9) с постоянным коэффициентом трения. Для графитных и металло-графитных щеток коэффициент трения находится в пределах ц = 0,2—0,3. Сумма всех радиальных сил, прижимающих щетки к коллектору, определяется величиной рабочей поверхности Sm всех щеток и давлением рш щеток на коллектор
Fn = Smpl4. |
(6-14) |
Для машин общего применения давление рщ обычно составляет (1,5—2,5)-ІО4 н/м2 и для специальных машин = (3—7)-ІО4 н/м2.
При необходимости уточнения этих потерь следует брать ц для соответствующих марок щеток по ГОСТ 2332—63.
В. Потери от трения ротора о воздух. Обычно эти потери опреде ляются вместе с потерями в подшипниках по эмпирическим форму лам или но характеристикам, снятым для аналогичных машин. Для машин малой мощности с диаметром ротора Dm и длиной 12 потери на трение ротора о воздух можно вычислять ио формуле:
Рт. в = 2£>у2и3.1СГ6. |
(6-15) |
Мощность, подведенная к рабочему колесу встроенного вентиля тора, зависит от расхода QBвоздуха и окружной скорости ѵв на на ружном диаметре рабочего колеса. Приблизительно эта мощность
Pie= 2QbVb. |
(6-16) |
4* |
99 |
6-5. Добавочные потери
Вследствие зубчатости якоря индукция у поверхности полюс ного наконечника больше над зубцами и меньше над пазами (см. рис. 2-4). При вращении якоря в поверхностном слое полюсных наконечников образуются вихревые токи, вызывающие добавочные потери. Величина этих потерь зависит от размеров зазора, открытия паза, скорости вращения якоря, количества пазов якоря, толщины листов полюсного наконечника и изоляции их.
Если имеются пазы также и в полюсных наконечниках (для ком пенсационной обмотки), то в зубцах якоря и полюсных наконечниках происходит периодическое изменение индукции, так как магнитный поток в зубцах достигает наибольшей величины, когда зубец якоря расположен против зубца полюсного наконечника, и становится наименьшим, когда против зубца расположен паз. Таким образом, возникают пульсационные потери в зубцах и поверхностные потери в якоре.
Вихревые токи вызывают также потери в проволочных бандажах, обмоткодержателях и других конструктивных частях якоря.
Перечисленные потери зависят от величины магнитного потока главных полюсов и имеют место при вращении якоря без нагрузки. Их часто называют добавочными потерями холостого хода.
При нагрузке машины также возникают добавочные потери вслед ствие искажения распределения магнитного поля под влиянием поперечной реакции якоря. Вследствие неравномерного распределе ния магнитной индукции в зазоре увеличиваются поверхностные потери. При наличии компенсационной обмотки указанная часть магнитных потерь практически отсутствует. Другая часть добавоч ных потерь связана с образованием вихревых токов в стержнях обмотки, якоря вследствие изменения потока рассеяния. Ток корот кого замыкания переключаемых секций также вызывает потери в проводниках. Одним из средств уменьшения этой части потерь яв ляется применение стержней обмотки, собранных из проводников малого сечения.
Расчетное и опытное определение добавочных потерь вызывает значительные трудности, поэтому добавочные потери оценивают на основании опытных данных испытанных аналогичных машин. Согласно ГОСТ 11828—66, эти потери для машин постоянного тока при отсутствии компенсационной обмотки принимаются при номи нальной нагрузке равными 1 % и при наличии компенсационной об мотки 0,5% от электрической мощности машины (полезной для гене ратора и подводимой для двигателя). Для других нагрузок эти по тери пересчитываются пропорционально току цепи якоря во второй степени.
Все виды добавочных потерь, не связанные непосредственно с электрическими процессами в обмотках машины, покрываются за счет механической мощности машины.
100
6-6. Коэффициент полезного действия (к, п. д.)
Коэффициент полезного действия представляет собой отношение полезной мощности Рг к подводимой мощности Ру
г) = Р2/Р ѵ |
(6-17) |
При расчете электрических машин и при их испытании более просто определяется электрическая мощность и сумма потерь 2 /J, поэтому к. п. д. генератора вычисляется по следующей формуле:
р* Рі Р»+2Р
и к. п. д. двигателя
Р, Ру—ИР
Р~і ~ Рі
=1 |
ІУ> |
|
Pz+ ZP |
|
1 гн- II |
|
(6-18)
(6-19)
Характеристика к. п. д. г) = / (Р2) электрической машины быстро растет с увеличением нагрузки в начальной части. К. п. д. достигает
наибольшей величины при нагрузке, близкой |
|
|
||||
к номинальной, и при больших нагрузках |
|
|
||||
уменьшается под влиянием увеличения электри |
|
|
||||
ческих и добавочных потерь (рис. 6-1). |
имеют |
|
|
|||
Современные электрические машины |
|
|
||||
высокий |
к. п. д. |
Так, для машин постоянного |
|
|
||
тока мощностью |
10 кет |
к. п. д. составляет |
|
|
||
г| = 0,83—0,87 мощностью 100 кет г) = 0,88—0,93 |
|
|
||||
и мощностью 1000 кет г) = 0,92—0,96. Машины |
Рис. 6-1. Зависимость |
|||||
малой мощности |
имеют |
значительно меньшие |
||||
значения |
к. п. д., например двигатель |
мощ |
к. п. д. от |
полезной |
||
мощности машины |
||||||
ностью 10 |
вт имеет к. п. д. ц = 0,3—0,4. |
|
|
|||
Пример. Требуется рассчитать к. п. д. генератора серии ПН-100, |
номиналь |
|||||
ные данные и основные конструктивные размеры которого приведены в § 2-5 и 3-10. Кроме того, дополнительно приводятся следующие величины сопротив лений при 15° С: обмотки якоря г2 = 0,25 ом; обмотки добавочных полюсов Гд = 0,105 ом и последовательной обмотки возбуждения гс = 0,0094 ом. Число
витков параллельной обмотки возбуждения |
на полюс wm — 1800. Масса стали |
|||
сердечника якоря GC2 = 1 1 ,6 кг, масса стали зубцов G32 = |
7,25 кг. Номинальное |
|||
напряжение генератора t/H= 230 в и номинальная мощность Рн = 13,3 кет. |
||||
Сопротивление последовательно соединенных обмоток в цепи якоря, приве |
||||
денное к температуре й = 75° С (6-2), |
|
|
|
|
r2ö = (0,25 + 0,105 + 0,0094) • [1+ 0,004 • (75-15)] =0,452 ом. |
|
|||
Потери в'цепи якоря (6-1) Р 32 |
= І \ г 2$ |
= 592-0,452 = |
1570 вт . |
следова |
Намагничивающая сила на пару полюсов Fou = 3289 а (§ 2-5); |
||||
тельно, ток в параллельной обмотке возбуждения / в= |
= — 2—Г800== 0’92 а. |
|||
Потери в цепи возбуждения (6-3) : Р В = |
U eI B — 230-0,92 = 212 |
вт. |
||
Потери в щеточном контакте |
(6-4) Р К|Щ= Д U mI 2 — 2-59 = 118 |
вт. |
||
Сердечник якоря выполнен из |
стали ЭИ толщиной |
0,5 мм с удельными |
||
потерями P \ß Q= 3,3 вт/кг; поправочный коэффициент принят kQс= 2,5; частота перемагничиваніи стали сердечника якоря
, |
рп |
2•1460 . |
о , |
|
Щ ~ |
60 " = 48’7 щ: |
Р= 1>5' |
101
Потери в сердечнике и зубцах якоря (6-8)
h \ к 2. |
|
48,7)1.5 |
• 0,8211,6 = |
51 «га; |
|
РС.С2 — * о . с Р 1/5° (т-д") |
B c2Gc2 |
—2,5 • 3,3 • |
50 |
||
,г’°, L |
|
|
48,7)1,5 |
• 1,532 • 7,25 = |
186 era. |
|
|
50 |
|||
Pc-32 — k o . c P i / ö o [ - r J i ) |
^ 322^32 — ^’5 ■3,3 • ( - jyy ] |
||||
Потери механические приняты 3%, а добавочные потери — 1% номинальной мощности генератора:
Р м х = О.ОЗРн = 0,03 • 13,3 • ІО3 = 399 вт ;
7>Ä = 0,01PH = 0,01 • 13,3-103=133 era.
Сумма потерь при номинальной нагрузке:
2 Р — Рэ2 -Ь-Рв + 'РК .Щ + Р с .С 2 + Рс.32 + Р.МХ + Р д =
= 1570+ 212+ 118+ 51 +186 + 399—f—133= 2669 вт —2,67 кещ
К. п. д. при номинальной нагрузке (6-18)
*1н = И |
2Р |
) |
100= /,1 |
2,67 |
) 100= 83,3 % . |
|
РН + |
2Р |
|
13,3 + 2,67у |
|
Г лава с е д ь ма я ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
7-1. Общие сведения о генераторах постоянного тока
Генераторы постоянного тока выполняются с независимым воз буждением или с самовозбуждением. Независимое возбуждение в большинстве случаев электромагнитное, т. е. на полюсах имеется обмотка возбуждения, по которой проходит постоянный ток от по стороннего источника. В машинах малой мощности для создания основного магнитного потока могут применяться постоянные маг ниты и такие машины называются магнитоэлектрическими.
В генераторе с самовозбуждением ток для обмотки возбуждения поступает с якоря генератора. Возможны три варианта соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря: параллельное, последова тельное и смешанное. В соответствии с этим различают генераторы параллельного возбуждения, последовательного возбуждения и смешанного возбуждения (в последнем случае в машине имеются две обмотки возбуждения). Возможно также комбинированное воз
буждение, например, |
независимое с параллельным, независимое |
с последовательным и |
т. д. |
А. Характеристики генераторов. Схема возбуждения генератора определяет его свойства, которые выражаются характеристиками генератора, т. е. зависимостями между основными величинами, опре деляющими работу машины. Наиболее важной величиной для гене ратора является напряжение U на зажимах, которое зависит от тока
102
Iв возбуждения, от тока I нагрузки и от скорости вращения п якоря генератора. Для упрощения графического изображения характери стик и исследования их обычно рассматривается зависимость между двумя величинами при постоянстве остальных.
Зависимость напряжения U от тока / в при постоянстве тока / и скорости вращения п выражается семейством нагрузочных харак теристик U — f (Iв). В частном случае, когда 1 = 0, получается характеристика холостого хода.
Зависимость напряжения U от тока / при постоянстве тока / в и скорости вращения п выражается семейством внешних характери стик U = / (/). Согласно приведенному определению семейство внешних характеристик для генератора независимого возбуждения показывает зависимость напряжения U от тока / при нерегулируемой цепи возбуждения. Для того чтобы сохранить это же условие для генераторов с самовозбуждением, необходимо снимать внешние харак теристики при неизменном сопротивлении гв цепи возбуждения.
В большинстве случаев приводные двигатели генераторов обес печивают постоянство скорости вращения п. При необходимости учесть влияние изменения скорости вращения п на величину напря жения U можно воспользоваться уравнением (3-22).
Зависимость тока / в от тока I при постоянстве напряжения U и скорости вращения п выражается семейством регулировочных ха рактеристик / в — / (/). При U = 0 получается характеристика ко роткого замыкания, для которой обычно оси координат меняют ме стами, т. е. строят зависимость I = / (/в).
В § 4-2 и 4-3 отмечалось большое влияние положения токораздела на результирующий магнитный поток главного полюса и напряже ние, снимаемое с коллектора, поэтому при опытном исследовании генератора необходимо, чтобы щетки занимали неизменное положе ние на коллекторе. В машинах с добавочными полюсами щетки уста навливаются так, чтобы токораздел совпадал с геометрической ней тралью, а в машинах без добавочных полюсов токораздел смещается с геометрической нейтрали по вращению якоря в положение наилуч шей коммутации и щеткодержатели закрепляются в этом положении.
Все характеристики могут быть построены по данным расчета ге нератора или сняты при его испытании.
Б. Номинальные величины. Режим работы машины при условиях, для которых она предназначена при изготовлении, называется номи нальным. Номинальный режим работы характеризуется величинами, обозначенными на паспортном щитке машины: номинальным напря жением, номинальной мощностью, номинальным током, номиналь ной скоростью вращения и т. д.
Номинальной мощностью генератора постоянного тока называется полезная электрическая мощность машины, выраженная в ваттах или в киловаттах.
Прилагательное «номинальный» может относиться и к величинам, не указанным на паспортном щитке машины, но характеризующим номинальный режим работы, как-то: номинальный вращающий мо мент, номинальный ток возбуждения, номинальный к. н. д.
103
