Площадь окна, необходимую для размещения обмотки возбуждения, рассчитывают так же, как и для машин с последовательным возбуждением.
7. ПОТЕРИ И КПД МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В МПТ различают следующие виды потерь:
- потери в обмотках якоря и возбуждения;
- потери в щётках;
- потери в стали якоря;
- механические потери;
- добавочные потери.
41. Потери в обмотках якоря и возбуждения рассчитываются следующим образом:
для МПТ с последовательным возбуждением
DРма= Iа2Ra; (7.1)
DРмв= Iа2Rв; (7.2)
для машин с параллельным возбуждением
DРмв= UHIв. (7.3)
42. Потери в щётках
DРщ = DUщIа. (7.4)
43. Потери в стали якоря включают в себя потери в сердечнике якоря и потери в зубцах якоря.
Масса стали якоря
Gс.а = 7800 [p (Dа-2 hп)2lо]/ 4. (7.5)
Масса зубцов якоря
Gс.z = 7800 ZbZ.CPhПlo. (7.6)
Потери в стали сердечника якоря
DPс.a = pудBа2f1,3Gс.а. (7.7)
Потери в зубцах якоря
DPс.z = pудBz2f1,3G с.z. (7.8)
В этих выражениях удельные потери для данного сорта стали принимаются увеличенными в 1,5 - 1,8 раза.
Потери в стали статора
DPс = DPс.a + DP с.z. (7.9)
44. Полные механические потери включают в себя потери на трение щеток о коллектор, потери на трение в шарикоподшипниках и потери на трение о воздух.
Потери на трение щёток о коллектор
DРтр.щ= 9,81 КтрРщSщVк, (7.10)
где Ктр- коэффициент трения щёток о коллектор,Ктр = 0,2 - 0,25.
Рщ- удельное нажатие щёток,Рщ = 1,96 - 2,35 Н/м2 для угольных и угольно-графитовых щёток; Рщ= 2,0 - 4,0 Н/м2 для электрографитированных щёток; Рщ = 1,5 - 2,0 Н/м2 для медно-графитовых щёток; Рщ = 1,7 - 2,2 Н/м2 для бронзо-графитовых щёток.
Sщ- поверхность всех щёток;
Vк- окружная скорость коллектора.
Потери на трение в шарикоподшипниках
DРтр.под= КшGаn× 10-3. (7.11)
Для машин малой мощности с шарикоподшипниками Кш = 1 - 3. Большие значения относятся к машинам меньшей мощности.
Масса якоря Gа может быть рассчитана по приближённой формуле
Gа= 1000 p (Da2loga + Dк2lкgк) / 4. (7.12)
В этом выражении средняя объёмная масса якоря ga = 7800 кг/м3 , объемная масса коллектора gK = 8900 кг/м3.
Потери на трение о воздух могут быть рассчитаны для машин малой мощности с частотой вращения до 12000 об/мин по формуле
DРтр.в = 2 Da3n3lо 10-6; (7.13)
при n> 12000 об/мин
DРтр.в = 0,3 Da5 (1 + lo/ Da) n3× 10-6. (7.14)
Полные механические потери
DРмех = DРтр.щ+ DРтр.под+ DРтр.в. (7.15)
45. Полные потери в машине
DРå = zo(DРма + DРмв + DРщ + DРс + DРмех), (7.16)
где коэффициент zo = 1,1 - 1,2 учитывает добавочные потери.
46. При номинальной нагрузке КПД для двигателя
(7.17)КПД для генератора
(7.18)В выражениях (7.17), (7.18) IН= Iа- для электродвигателей последовательного возбуждения; IН = Iа+ IВ- для электродвигателей параллельного возбуждения; IН = Iа-IВ- для генераторов параллельного возбуждения.
Если номинальная мощность электродвигателя
РН = UHIН-DРå
отличается от заданной, то необходимо пересчитать величину номинального тока якоря:
Iа = 0,5 А- (0,25 А2 -В). (7.19)
Для электродвигателей последовательного возбуждения
(7.20)для электродвигателей параллельного возбуждения
. (7.21)После определения нового значения токанеобходимо пересчитать величины потерь DРма,DРМВ,DРЩ,DРå, а также рассчитать новое значение КПД двигателя.
47. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока. Рабочими характеристиками называются зависимости I = f(M);P1 = f(M);P2 = f(M);n = f(M);h = f(M).
Расчёт рабочих характеристик рационально вести в виде таблицы, заполняемой по мере вычисления отдельных величин.
Заполнение таблицы следует начинать с номинального значения тока IH. Суммарную величину реакции якоря принимают пропорциональной току якоря, а величину магнитного потока определяют по кривой намагничивания для каждого значения тока якоря и результирующей МДС с учётом реакции якоря.
По данным табл. 5 строятся рабочие характеристики электродвигателя в общих координатных осях (рис. 6).
Расчёт рабочих характеристик двигателя постоянного тока
Рассчитываемая величина | Потребляемый из сети или отдаваемый в сеть ток | |||
0,5 IH | 0,8 IH | 1,0 IH | 1,2 IH | |
Ток возбуждения IВ, А | ||||
Ток якоря Iа, А | ||||
Падение напряжения DUa, В | ||||
Падение напряжения DUв, В | ||||
Падение напряжения DUЩ, В | ||||
Падение напряжения DU, В | ||||
ЭДС якоря Еа, В | ||||
МДС возбуждения, А | ||||
МДС реакции якоря, А | ||||
МДС машины под нагрузкой, А | ||||
Магнитный поток, Вб | ||||
Частота вращения, об/мин | ||||
Потери в якоре, Вт | ||||
Потери возбуждения, Вт | ||||
Потери в щётках, Вт | ||||
Потери в стали, Вт | ||||
Механические потери, Вт | ||||
Суммарные потери, Вт | ||||
Потребляемая мощность Р1, Вт | ||||
Полезная мощность Р2, Вт | ||||
КПД двигателя | ||||
Момент двигателя, Нм |
48. Для генератора постоянного тока параллельного возбуждения строится внешняя характеристика - зависимость напряжения от тока нагрузки U = f (I) при RB= const.
Для построения внешней характеристики генератора параллельного возбуждения необходимо иметь характеристику холостого хода Е = f (IB), которая строится по кривой Е = f (AWB) при известном числе витков обмотки возбуждения. Совместно с характеристикой холостого хода в тех же осях строится вольт-амперная характеристика цепи возбуждения UB = IBRB.
В точке пересечения этих характеристик (рис.7) имеем режим холостого хода, когда ток якоря Iaравен нулю, а напряжение равно напряжению холостого хода U0. Указанная точка является первой точкой внешней характеристики генератора. С ростом тока якоря возрастает падение напряжения в якорной цепи DUa = IaRa+ DUщ и МДС реакции якоря. Эти величины являются катетами прямоугольного треугольника DАВС, называемого характеристическим. Одна из его вершин (точка А) лежит на характеристике холостого хода, а другая вершина (точка С) - на вольт-амперной характеристике цепи возбуждения и, кроме того, определяет величину напряжения генератора при заданном токе якоря.
Рис.6. Рабочие характеристики двигателя последователь-
ного возбуждения
Рис.7. Внешняя характеристика генератора параллельного
возбуждения
Внешнюю характеристику строят таким образом:
- для номинального тока якоря определяется падение напряжения в якорной цепи DUa = IaRa+ DUЩи ток возбуждения, эквивалентный реакции якоря: AWR / (2 WB), т.е. катеты характеристического треугольника;
- полученный треугольник размещают между кривыми холостого хода и вольт-амперной характеристикой так, чтобы его вершины лежали на этих кривых;
- откладывая по координатной оси токов якоря его номинальную величину, а по оси ординат - величину напряжения, равную ординате нижней вершины треугольника, получают следующую точку внешней характеристики, соответствующую номинальному току;
- точки внешней характеристики, соответствующие другим значениям тока, находят аналогичным образом при построении характеристических треугольников, стороны которых пропорциональны данным значениям токов.