Меню

Вращающий момент для генератора



Напряжение. Мощность. КПД. Вращающий момент

Пусть генератор постоянного тока вырабатывает ЭДС ℰ при циклической частоте тока w. Пусть внутреннее сопротивление генератора (активное сопротивление обмотки якоря) равно r, а сопротивление нагрузки – R. Выясним, каково напряжение U на зажимах генератора, каковы его полная N, полезная Р и «бесполезная» Q мощность, чему равен КПД и вращающий момент М на валу генератора.

Рис. 18.13

Прежде всего, заметим, что электрическая схема генератора с подключенной нагрузкой ничем не отличается от схемы, состоящей из батарейки, замкнутой на нагрузку с сопротивлением R (рис. 18.13). А для такой схемы ответы на все поставленные вопросы достаточно просты:

Полная мощность N =I, полезная мощность

Рис. 18.14

Из формулы (18.2) легко получим максимально возможное значение Р. Для этого проще всего построить график Р = Р(I) (рис. 18.14).

Как видим, максимальное значение достигается при токе I = ℰ/2r:

Бесполезная мощность (тепловые потери в якоре генератора) равна

Вращающий момент, который необходимо приложить к валу генератора, чтобы обеспечить его вращение с циклической частотой w, найдем из следующих соображений.

Рис. 18.15

Если по касательной вала действует сила F, под действием которой вал радиуса а за время Dt поворачивается на угол Da (рис. 18.15), то сила F совершает работу

Тогда мощность этой силы равна

.

Если пренебречь потерями на трение в генераторе, то именно такую полную электрическую мощность «производит» генератор:

Чтобы привести генератор во вращение, необходимо затратить механическую мощность Nмех, при это генератор «произведет» электрическую мощность Nэл, только часть которой (Р) является полезной: Nэл = P + Q. Поэтому КПД генератора равен отношению полезной электрической мощности к затраченной:

. (18.6)

Задача 18.3. Какую ЭДС развивает динамо-машина постоянного тока, если при сопротивлении цепи R1 = 300 Ом на вращение машины затрачивается мощность N1 = 50 Вт, а потери на трение составляют a = 4,0 % от затраченной мощности. Какую мощность для поддержания того же числа оборотов необходимо затрачивать при сопротивлении цепи R2 = 60 Ом? Внутренним сопротивлением генератора пренебречь.

R1 = 300 Ом N1 = 50 Вт a = 4,0 % R2 = 60 Ом r = 0 Решение. Механическая мощность, затраченная на вращение генератора «расходуется» по двум каналам: 1) на производство электрической мощности Nэл =ℰI; 2) на потери, связанные с трением. Если N1 – заданная мощность, то aN1 – мощность потерь на трение. Тогда из закона сохранения энергии следует: N1 = ℰI + aN1 Þ N1 = ℰ 2 /R + aN1. (1)
ℰ = ? N2 = ?

ℰ = 120 В » 0,12 кВ.

По условию задачи при изменении нагрузки динамо-машины число оборотов поддерживается прежним. Поскольку ЭДС динамо-машины зависит только от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего обмотку якоря, то при постоянном числе оборотов ЭДС индукции постоянна. На основании закона сохранения имеем

Преобразуем уравнения (1) и (2):

N1(1 – a) = ℰ 2 /R1 N2(1 – a) = ℰ 2 /R2

250 Вт = 0,25 кВт.

Ответ: ℰ = 0,12 кВ; 0,25 кВт.

СТОП! Решите самостоятельно: В10, С2, С3, D1, D2.

Источник

Генератор постоянного тока ГПТ: основные понятия.

В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС Ea. При подключении к генератору нагрузки в цепи якоря возникает ток, а на выводах генератора устанавливается напряжение, определяемое уравнением напряжений для цепи якоря генератора:

сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки якоря ra , обмотки добавочных полюсов rД , компенсационной обмотки rк., последовательной обмотки возбуждения и переходного щеточного контакта rщ.

При отсутствии в машине каких-либо из указанных обмоток в (28.2) не входят соответствующие слагаемые.

Якорь генератора приводится во вращение приводным двигателем, который создает на валу генератора вращающий момент М1 Если к генератору не подключена нагрузка (работает в режиме х.х. Ia=0 ), то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холостого хода M. Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

Читайте также:  Шум генератора рено сандеро

При работе генератора с подключенной нагрузкой в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимодей­ствуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный момент М. В генераторе этот момент направлен встречно вра­щающему моменту приводного двигателя ПД (рис. 28.1), т. е. он является нагрузочным (тормозящим).

Рис. 28.1. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока

При неизменной частоте вращения n = const вра­щающий момент приводного двигателя M1 уравнове­шивается суммой противодействующих моментов: мо­ментом х.х. M и электромагнитным моментом М, т. е.

Выражение (28.3) —называется уравнением моментов для генератора при постоянной частоте нагрузки. Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря ω, получим уравнение мощностей:

где P1 = M1ω — подводимая от приводного двигателя к генератору мощность (меха­ническая); P = Mω мощность х.х., т. е. мощность, подводимая к генератору в режиме х.х. (при отключен­ной нагрузке); PЭМ = Mω— электромагнитная мощность генератора.

Согласно (25.27), получим

или с учетом (28.1)

где P2 — полезная мощность генератора (электрическая), т. е. мощ­ность, отдаваемая генератором нагрузке; PЭa — мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря .

Учитывая потери на возбуждение генератора PЭВ, получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:

Следовательно, механическая мощность, развиваемая приводным двигателем P1, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность P2, передаваемую нагрузке, и мощ­ность, затрачиваемую на покрытие потерь

Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии n = const.

Рассмотрим основные характеристики генераторов посто­янного тока.

Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U от тока возбуждения IВ:

Нагрузочная характеристика зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбу­ждения IВ:

Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U от тока нагрузки I:

Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуж­дения IВ от тока нагрузки I при неизменном напряжении на выходе генератора

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свой­ства генераторов постоянного тока которые во многом зависят от способа включения генератора в схему, поэтому мы рассмотрим каждый способ включения по отдельности.

Источник

Крутящий момент, необходимый для вращения генератора постоянного тока

Добрый день, профессионалы-энергетики!

Вопрос довольно простой, но возможно в корне неверный, так как поиски в интернете не дают результатов. И тем не менее задам.

Какой формулой или методикой расчета следует пользоваться для расчета необходимого крутящего момента или необходимой силы, которую нужно приложить для приведения синхронного/асинхронного генератора постоянного тока в рабочее состояние?

К примеру у меня имеется двухполюсный синхронный альтернатор (генератор) марки Mecc Alte модель S16W-130 со следующими характеристиками: ном.мощность 5 кВт, 220 В, 50 Гц.

Какую силу или крутящий момент мне необходимо иметь для получения номинальной выходной мощности 5 кВт?

Зависит ли методика расчета от типа генератора (синхронный/асинхронный, щеточный/бесщеточный), количества полюсов (2,4,6,8 и т.д.) и других характеристик?

Заранее хочу сказать спасибо всем, кто без иронии и «по делу» растолкует данный вопрос человеку далекому от электрики.

=VIP=

Группа: Пользователи
Сообщений: 3051
Регистрация: 2.1.2013
Пользователь №: 29924

Без учета КПД
M=60*P/[2 * Pi * n]
n- обороты в секунду.
P-Вт
M- Н*м

F=M/R
R — радиус колеса,м
F- сила, Н

Сообщение отредактировал Dimka1 — 8.2.2017, 23:10

Источник

Вращающий момент для генератора

Электромагнитный момент синхронной машины:

Эта зависимость носит название угловой характеристики синхронной машины (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Угловая характеристика синхронной машины

Читайте также:  Как снять генератор дэу нексия восьмиклапанная

Если θ>0, то мощность и момент положительны, машина работает в режиме генератора и отдает электрическую мощность, а электромагнитный момент при этом является тормозящим моментом, который преодолевает первичный двигатель. Работа, совершаемая первичным двигателем, преобразуется в электрическую работу, отдаваемую генератором в сеть. При увеличении создаваемого первичным двигателем вращающего момента, ротор машины, вследствие сообщаемого ему ускорения, увеличивает угол θ и после нескольких колебаний около синхронной скорости восстанавливается равновесие вращающегося момента первичного двигателя и тормозящего электромагнитного момента генератора. Таким же образом восстанавливается это равновесие при уменьшении вращающего момента первичного двигателя посредством уменьшения угла θ и вызываемого этим снижения тормозящего электромагнитного момента.

Работа синхронного генератора устойчива при изменении угла θ в пределах от 0 до 90 градусов.

Кривая М э.м. =F(θ) за точкой θ=90 соответствует области неустойчивой работы синхронного генератора. В этих условиях вращающий момент первичного двигателя превышает максимальный тормозящий момент генератора, т. к. увеличение θ свыше 90 приводит к уменьшению тормозящего электромагнитного момента М э.м. Избыток вращающего момента создает дальнейшее ускорение ротора, что обуславливает дальнейшее возрастание θ и новое уменьшение тормозящего момента и т. д. пока генератор не выпадет из синхронизма. В таком случае нарушается автоматическая связь между частотой сети и скоростью вращения ротора; ЭДС машины и напряжение сети перестают уравновешивать друг друга, и токи в обмотках статора могут достигнуть весьма больших значений токов короткого замыкания, т. к. мгновенные значения ЭДС статора и напряжение сети могут теперь складываться, а не вычитаться, как при нормальной работе. При выпадении генератора из синхронизма его отключают от сети приборы автоматической защиты.

Уменьшение вращающего момента первичного двигателя вызывает соответствующее уменьшение угла θ, и когда θ станет равным нулю, тогда первичный двигатель будет лишь покрывать потери синхронной машины; в этих условиях при θ=0 машина не будет отдавать энергию в сеть как генератор и потреблять ее из сети как двигатель. Этот режим является промежуточным между режимами генератора и двигателя.

Если приложить к валу синхронной машины тормозящий момент, то он вызовет некоторое замедление вращения ротора, вследствие чего угол θ станет отрицательным. Это значит, что ротор отстанет на угол θ/р от результирующего поля машины, и последнее станет ведущим, а ротор — ведомым. Перемена знака θ вызовет изменение знака электрической мощности Р и электромагнитного момента М э.м. ; машина переходит в режим двигателя; она потребляет энергию из сети, ее электромагнитный момент стал вращающим моментом, уравновешивающим механический тормозящий момент, приложенный к валу машины.

В этом случае для построения упрощенной векторной диаграммы синхронного двигателя удобно использовать векторы и (Рис. 3.1.7).

Рис. 3.1.7. Упрощенная векторная диаграмма синхронного двигателя

Будем считать, что возбуждение машины при переходе от генераторного режима к двигательному осталось неизменным, и поэтому сохраним в диаграмме двигателя, как и в диаграмме генератора, ту же длину вектора , но отложим теперь отстающим от на угол θ. Направление вектора определяется условием . Чтобы определить направление вектора продолжим (полученное вычитанием из вектора вектора ) и на эту прямую опустим перпендикуляр из начала координат и отложим на нем . Теперь отстает от более чем на 90 градусов. Положительную мощность ток создает не с , а с напряжением сети . Векторы потоков и строим каждый под углом 90 градусов к вектору индуктируемой ими ЭДС (т е. к и ).

Режим двигателя устойчив при изменении θ в пределах от 0 до -90 и неустойчив при θ э.м.max , то произойдет выпадение двигателя из синхронизма — ротор постепенно уменьшит скорость и, наконец, остановится, ЭДС в обмотке уменьшится до 0, а токи достигнут весьма больших значений, во много раз превышающих номинальные. Автоматическая защита отключит двигатель от питания сети.

Читайте также:  Ремонт ремень генератора калина

Работающая параллельно с сетью синхронная машина нагружается как в режиме двигателя, так и в режиме генератора, путем изменения момента, приложенного к валу. Практически используется только кратковременный переход двигателя в режим генератора для быстрого торможения двигателя.

называется синхронизирующей мощностью, а величина

Практически синхронная машина работает сравнительно далеко от предела статической устойчивости, соответствующего θ=90 градусов. У синхронных генераторов угол θ при номинальной нагрузке не превышает 20 градусов, а у двигателей, как менее ответственной машины, этот угол достигает 30 градусов.

Форма угловой характеристики синхронной машины объясняется картиной взаимодействия потоков Ф в и Ф в синхронной машине (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Картина взаимодействия потоков и в синхронной машине: (а) — при

При θ=0 (рис.3.8а) между ротором и статором существует только сила притяжения (между двумя магнитами). Тангенциальная составляющая силы равна 0, Поэтому электромагнитный момент равен 0 . При θ>0 (рис.3.8б) ось потока возбуждения опережает ось результирующего потока на угол θ, вследствие чего тангенциальная составляющая силы создает тормозной момент для внешнего двигателя, приводящего во вращение ротор синхронного генератора. Максимум тормозного момента соответствует θ=90 градусов, когда ось полюсов ротора расположена между осями полюсов статора. При θ

Подключение синхронной машины к сети. При подключении синхронного генератора применяют два способа: точная синхронизация и самосинхронизация.

Первый способ требует предварительную синхронизацию включаемого генератора, которая осуществляется следующим образом (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа

Скорость машины Г доводится примерно до синхронного числа оборотов и ее возбуждение регулируется так, чтобы вольтметр на ее зажимах показал значение, равное напряжению сети. При этом последовательность фаз машины должна соответствовать последовательности фаз сети. Перед подключением машины к сети необходимо более точное регулирование частоты вращения машины и фазы ее ЭДС. Для этой цели используют синхроскопы. В простейшем случае синхроскоп составляется из ламп накаливания. Чем меньше частота генератора отличается от частоты сети, тем медленнее будут происходить колебания света фазных ламп. Достигают совпадения частот, при котором промежутки времени между следующими друг за другом вспышками ламп будут не менее 3. 5 сек. Затем в момент полного затухания ламп замыкается рубильник.

Сущность метода самосинхронизации состоит в том, что генератор включается на сеть без возбуждения, когда его скорость отличается от синхронной на 2. 3%. Обмотка ротора во время такого включения должна быть замкнута накоротко или на некоторое сопротивление. Сейчас же после включения генератора на сеть в ротор подается постоянный ток возбуждения, и генератор сам доходит до синхронной скорости под действием электромагнитных сил.

Вращающий момент синхронного двигателя при пуске равен 0, поэтому пуск двигателя состоит из двух этапов: первый этап — синхронный пуск с помощью короткозамкнутой обмотки, расположенной на роторе, и второй этап — втягивание в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. Во время первого этапа асинхронного пуска обмотка возбуждения отключается от источника постоянного тока и замыкается на активное сопротивление, превышающее активное сопротивление обмотки возбуждения в 10. 15 раз. Не следует оставлять обмотку возбуждения разомкнутой, т. к. вращающееся поле может индуктировать в ней весьма значительную ЭДС, опасную для изоляции. Но с другой стороны, нецелесообразно было бы замыкать эту обмотку накоротко, т. к. в ней возникает значительный однофазный ток, который будет тормозить ротор по достижении им половины синхронной скорости.

Источник