maquinas electricas corriente continua.
Diseño de máquinas eléctricas.
Corriente continua. Reversibilidad de las máquinas.
Según su finalidad, las máquinas eléctricas de CC se dividen en generadores y motores.
Los generadores producen energía eléctrica que va a la red; Los motores crean un par mecánico en el eje, que se utiliza para impulsar varios mecanismos y vehículos.
Delgas lo llama lo que lo hace indispensable para la construcción de motores en la industria del transporte. El conmutador tiene el mismo número de bobinas que el devanado inducido de la máquina. latón o latón. Sin embargo, lo hay. aislados entre sí por una capa de barniz u óxido. Cabeza magnética hecha de chapa de metal Tiene una ranura en su superficie exterior donde se ubica el bobinado inducido de la máquina. a base de láminas de hierro.
Los conductores y ranuras suelen discurrir paralelos al eje, pero en otros casos están inclinados. La circunferencia de las ranuras para colocar los conductores del devanado del inducido. Los motores de tracción eléctricos tienen dos modos de funcionamiento: continuo y horario. todo existe numero mayor procesos industriales que requieren control de precisión o un rango de velocidades que no se pueden lograr usando motores C.A.. rollos de papel. Se utilizan motores de derivación. transporte por agua. EN últimos años se utiliza cada vez más en máquinas de velocidad variable donde se requiere una gran cantidad de velocidad y control.
Las máquinas eléctricas son reversibles. Esto significa que una misma máquina puede funcionar tanto como generador como como motor. Por tanto, podemos hablar del diseño de máquinas de CC sin considerar por separado el diseño del generador o motor.
La propiedad de reversibilidad no debe oponerse a la finalidad específica de una máquina, que suele diseñarse y utilizarse como motor o como generador. Las máquinas diseñadas para funcionar tanto en modo generador como en modo motor se utilizan con mucha menos frecuencia. Se trata de los llamados generadores de arranque, que se instalan en algunos objetos en movimiento.
En cada uno de ellos se reduce más el tramo y se aumenta la velocidad. Este tipo de generador generador de aviones lo encontré más tarde aplicación práctica en aviación. La electrificación generalizada de los aviones comenzó en el año y un motor asíncrono con rotor de jaula de ardilla. Giratorio motor asíncrono rotor.
Con este motor debía hacer girar las hélices del avión. Como resultado de la investigación, se desarrolló un esquema. regulación automática voltaje del generador. En este último caso. Este. Gran parte de esta energía se utiliza en la misma forma de corriente alterna en la industria para iluminación y necesidades domésticas. Existen tres tipos de dinamo según cómo estén conectados el inductor y la armadura: en serie. Generadores de corriente continua Las centrales eléctricas modernas generan casi exclusivamente electricidad de corriente alterna trifásica.
El generador y el motor difieren en diseño y características de diseño. Por lo tanto, utilizar un motor como generador o un generador como motor produce un deterioro. características de rendimiento máquinas, en particular a una disminución de la eficiencia.
En cualquier máquina de CC se distinguen claramente las partes móviles y estacionarias. La parte móvil (giratoria) de la máquina se llamarotor , inmóvil -estator .
En algunos casos, un generador. el electroimán está excitado corriente independiente o autoestimulación. Si la armadura tiene un cable. En este último caso, se utilizan medios para el circuito del motor. Los campos generadores modernos están equipados con cuatro o más polos electromagnéticos, lo que aumenta el tamaño y la fuerza. campo magnético. Voltaje. Las máquinas DC tienen el principio de reversibilidad. velocidad de rotación. Un interruptor multisegmento utilizado con una armadura de tambor siempre conecta un circuito externo a un cable que se mueve sobre un área de campo de alta intensidad.
La parte de la máquina en la que se induce la fuerza electromotriz suele denominarse armadura, y la parte de la máquina en la que se crea el campo de excitación magnético es el inductor. Normalmente, en una máquina de CC, el estator actúa como inductor y el rotor como armadura.
El estator de una máquina de CC también se llamacama.El marco está hecho de material conductor magnético (generalmente acero fundido); Realiza dos funciones, siendo, en primer lugar, un circuito magnético a través del cual pasa el flujo de excitación magnética de la máquina, y, en segundo lugar, la parte estructural principal en la que se ubican todas las demás partes. Los postes se fijan al marco desde el interior. Un polo de máquina consta de un núcleo, una pieza polar y una bobina. Cuando la corriente continua pasa a través de las bobinas, se induce un flujo de excitación magnética en los polos. Además de los postes principales, en las máquinas de alta potencia (más de 1 kW), se instalan postes adicionales más pequeños para mejorar el funcionamiento de la máquina. Las bobinas polares adicionales están conectadas en serie con el devanado del inducido.
Los generadores excitadores automáticos están separados. El generador de excitación compuesto tiene dos devanados de excitación. El generador en serie se caracteriza por corrientes de carga. Por otro lado, en un generador cuando se genera la corriente de armadura igual a la suma Corriente de carga y corriente de excitación. la característica de carga se convierte en una función vacía. las armaduras y las excitaciones son las mismas. de acuerdo con el método de conexión de los devanados de excitación. Clasificación de motores DC Igual que los generadores. Se dividen en dos grandes grupos. el flujo es constante si la fuente de energía del campo es fija.
El núcleo de la armadura y el conmutador ruedan sobre el mismo eje. El eje de la armadura de acero descansa sobre cojinetes montados en los protectores laterales de la máquina. A su vez, las protecciones laterales están atornilladas al estator.
Para reducir las corrientes parásitas y las pérdidas de calor asociadas, el núcleo de la armadura está hecho de finas láminas de acero eléctrico, aisladas entre sí con una capa de barniz. En el cuerpo de la armadura se perforan canales de ventilación, a través de los cuales pasa el aire de refrigeración. Los conductores del devanado del inducido conectados a las placas colectoras se colocan en las ranuras del núcleo del inducido.El colector está formado por placas de cobre separadas. juntas de micanita. La superficie de las placas de cobre recibe un tratamiento especial para aumentar su resistencia a la abrasión.
La reacción de la armadura impide que el flujo salga. La polaridad de los polos principales no cambia. La velocidad de los servomotores debe aumentar proporcionalmente para que la fuerza contraelectromotriz aumente para equilibrar la ecuación. En tensión nominal y campo completo. pero continúa girando en la misma dirección que antes y mantiene la misma polaridad de los polos. Ahora funciona como un motor eléctrico y desarrolla par. Porque la corriente de carga disminuye desde la carga completa.
La carga mínima segura está determinada por la velocidad máxima de funcionamiento segura. en el tamaño de las fracciones de caballos y en un pequeño número de caballos. El flujo de campo en serie cambia directamente cuando cambia la corriente de armadura. No se necesitan fuentes de alimentación eléctrica para la excitación ni un devanado correspondiente. Esto proporciona una característica de velocidad que no es "sólida" o plana como un motor de derivación. La tasa de aumento de la velocidad es pequeña al principio, pero aumenta a medida que disminuye la corriente.
Conexión eléctrica El devanado del inducido giratorio con terminales fijos de la máquina se realiza con p.ohpor la fuerza de las escobillas deslizándose a lo largo del conmutador.
Las escobillas se insertan en jaulas portaescobillas especiales y se presionan contra el conmutador mediante resortes en espiral o de láminas. Los portaescobillas están unidos a un travesaño que, junto con las escobillas, se puede girar con respecto al estator en un cierto ángulo en una dirección u otra.El grafito se utiliza como base para la fabricación de pinceles. Para obtener las propiedades deseadas (cierta conductividad eléctrica, mayor resistencia a la abrasión), se añaden al cepillo polvos metálicos (cobre, plomo).
La eficiencia y la refrigeración mejoran al eliminar las pérdidas de energía en el campo del excitador. El efecto de la temperatura depende del tipo de material utilizado en el imán. por lo tanto provoca un ligero debilitamiento del flujo a medida que aumenta la corriente. en el que el devanado de campo está conectado en serie con la armadura. Las desventajas son la falta de control sobre el campo y caracteristicas especiales pareja de velocidad. Los motores compuestos tienen un campo en serie en la parte superior del devanado del campo en derivación. Los motores acoplados suelen estar conectados de esta forma y se denominan conexión conformada.
En la figura.5 .1. muestra la apariencia de una máquina DC de la serie P, producida en el paísindustria. Las máquinas de esta serie están diseñadas para diversas potencias, desde 0,3 hasta 200 kW. Los motores de la serie P están diseñados para 110 o 220 V, y los generadores, 115 o 230 V.
Arroz.5 .1. Apariencia máquinas de corriente continua
En una serie de motores. Bobinado del motor en serie. ya que no hay devanados del excitador que dejen de funcionar y no hay posibilidad de sobrevelocidad por pérdida de campo. Las sobrecargas pueden provocar una desmagnetización parcial, lo que cambia las características de velocidad y par del motor. El campo en serie está conectado de tal manera que su flujo se suma al del campo en derivación principal. El motor combinado tiene un rango de debilitación de campo limitado. Tienen varias ventajas sobre los tipos de campo sinuoso. y es directamente proporcional a la carga.
Arroz. 9.2. Sección transversal de la máquina DC:
1 - núcleo de armadura con conductores devanados; 2 - bobina de devanado de campo;3 - eje; 4 - polo principal; 5 - poste adicional; 6 - estator
En la figura 2 se muestra esquemáticamente una sección transversal de una máquina de corriente continua.5 .2, donde son visibles el estator, que crea el flujo del campo magnético, y el rotor, en cuyas ranuras se encuentran los conductores del devanado del inducido. Hay un entrehierro entre la pieza polar y la armadura, eliminando la fricción entre el rotor y el estator (Fig.5 .3,a). La inducción magnética en el entrehierro cambia a lo largo del círculo según una ley llamada trapezoidal (Fig.5 .3, b).
No tan "suave" como un motor de producción. hasta que la magnetización se restablezca por completo. Esto se llama "estabilidad" y el motor se considera inestable. Circuito impreso y bobina móvil. resonancia de la aguja. La corriente continua que llega a la armadura se conmuta mediante transistores. La secuencia de conmutación está configurada para crear un flujo magnético giratorio en el entrehierro. que son similares a los interruptores. forma física El rotor de un motor blindado consta de una carcasa cilíndrica de bobinas de cobre o aluminio.
El diseño de una máquina de CC se muestra en la figura.5 .4.
Las máquinas de CC generalmente se enfrían por aire forzado mediante un ventilador montado en el eje de la armadura. Se han desarrollado sistemas de refrigeración por hidrógeno y agua para máquinas potentes.
El motor puede tener dos. como la inercia. Los servomotores son livianos. Los servomotores incluyen motores eléctricos con imanes permanentes. 05, y los transistores suministran pulsos de corriente a los devanados del inducido. configuración de este. velocidad y peso. Elegir un motor puede ser tan sencillo como adaptarlo al espacio disponible. Incluso cuando estos motores tienen los mismos valores de par. que permanece en un ángulo fijo con el flujo magnético generado por los imanes permanentes del rotor. Cada uno de estos tipos principales tiene sus propias características.
Arroz.5 .3. Representación esquemática del entrehierro.1 entre la pieza polar 2 y la armadura 3 (a) e inducción magnética en el entrehierro (b)
Para proteger la máquina del polvo y la humedad, las ventanas estructurales que dan acceso al conmutador y a las escobillas están cubiertas con paneles extraíbles. cintas de acero o platos.
Además, máquinas controladas numéricamente u otras aplicaciones donde el arranque y la parada deben realizarse de forma rápida y precisa. Este circuito se vuelve cada vez más caro e ineficaz a medida que aumenta el número de devanados. tal como estos elementos están dispuestos en los motores de corriente continua convencionales. el tiene lo mejor par de arranque. sus constantes físicas y eléctricas varían significativamente.
En casos excepcionales. a menos que se tomen medidas para reducir el voltaje aplicado. en los conductores es opuesta a la dirección de la corriente y se conoce como fuerza electromotriz inversa. Cómo gira la armadura de un motor en un campo magnético. Durante este arranque fluirá una corriente excesiva en el motor. Normalmente, se utilizan dispositivos de activación que constan de una resistencia variable en serie. la variación de velocidad generada cuando se opera bajo carga y bajo vacío proporciona la base del criterio para determinar sus características de desempeño.
Arroz.5 .4. Diseño de una máquina DC:
1 - coleccionista; 2 - cepillos; 3 - núcleo de armadura; 4 - núcleo del polo principal; bobina de 5 polos; 6 - estator; 7 - escudo de cojinete; 8 - ventilador; 9 - devanado de armadura
Motor de corriente continua. Si conecta una máquina de CC a red electrica, la corriente fluirá a través del devanado del inducido. De acuerdo con la ley de Ampere, las fuerzas mecánicas actúan sobre los conductores del devanado del inducido, ubicados en el campo de excitación magnético. Estas fuerzas crean un par bajo cuya influencia la armadura comienza a desenrollarse.
El inductor tiene un número relativamente pequeño de vueltas de filamento. El flujo magnético provoca la creación de un par en los accesorios conductores. Motores con excitación secuencial Son motores en los que el inductor está conectado en serie con la armadura. Si la plancha de motor se mantiene a una saturación moderada. pasando un flujo magnético a través de él. Qué. Desde la fuerza electromotriz trasera a velocidad cero. El devanado del motor está en serie.
En una serie de motores. teniendo en cuenta la ecuación anterior. Los polos de conmutación han mejorado la conmutación de los altavoces de modo que se puede utilizar un espacio de aire mucho más estrecho que en el pasado. como una derivación. La reacción del inducido debe ser lo suficientemente grande como para que la característica de velocidad aumente a medida que aumenta la carga. No como los motores. Sistemas de excitación de turbogeneradores Fig. La máquina básica que utiliza la reacción del refuerzo y a partir de la cual se han desarrollado todas las demás, que funcionan según el mismo principio. Se utiliza para la regulación de voltaje en grandes generadores síncronos en centrales eléctricas. Como máquinas transformadoras. una velocidad en general.
El eje giratorio del inducido se utiliza para accionar diversos mecanismos: vehículos de elevación y transporte, máquinas herramienta, maquinas de coser etc.
Con base en la ley de conservación de la energía, podemos suponer que cuanto mayor sea la carga mecánica sobre su eje, mayor será la potencia consumida por el motor de la red. Sin embargo, para comprender la esencia del trabajo. motor eléctrico Es importante monitorear cómo los cambios en la carga mecánica afectan la energía eléctrica consumida por el motor.
La reacción del refuerzo es un fenómeno alarmante que debe ser compensado de alguna manera. Por encima del voltaje de vacío. aunque el voltaje del arco varió. Los generadores destinados a la soldadura deben cumplir una serie de características, tales como: mantener la cortocircuito. unidos a cepillos ubicados debajo de los postes principales. ¿A qué se conecta el generador? El devanado de campo está en serie con el circuito de soldadura. Con un aumento de la potencia nominal disponible de los turbogeneradores. La corriente de cortocircuito no es mucho mayor que la corriente de soldadura establecida. cuya salida se alimenta al campo del generador a través de escobillas y anillos colectores. con el que se puede cambiar la resistencia magnética correspondiente al campo principal.
Vamos a resolverlo. El devanado del inducido del motor gira en el campo de excitación magnético. En estas condiciones, de conformidad con la ley inducción electromagnética La EMF se produce en el devanado del inducido. Aplicando la regla derecha, es fácil establecer que está dirigido hacia la tensión de red aplicada. Por eso se llamó back-EMF. Es el back-EMF el factor que regula el consumo de energía eléctrica de la red.
Generadores utilizados para soldar Los generadores de soldadura son generalmente generadores de campo transversal. La corriente se mantiene sin cambios. Proporcionar una intensidad de corriente aproximadamente constante. Al soldar, el soldador comienza a tocar la pieza de trabajo con un electrodo. y con él el valor de la corriente de soldadura.
El rango o rango de corriente que proporciona un generador de soldadura determina los procesos de soldadura. El flujo resultante en el circuito magnético de la máquina lo establece la fuerza magnetomotriz combinada de todos los devanados de la máquina. Esta máquina excitadora funciona de forma muy duras condiciones cambiando por lo que ella se merece mucho sistema efectivo evacuación de calor. cuando se requiere corriente constante incluso si los terminales del dispositivo están en cortocircuito. al eje del generador principal y constituyen la primera forma de sistemas de excitación para máquinas síncronas. y la tercera serie de disturbios. o mejor dicho Para turbogeneradores potencia media La posición de la armadura del generador excitador es tal que está conectada a un extremo del rotor de la máquina. colocación de cepillos.
Según la ley de la inducción electromagnética, la fuerza contraelectromotriz es directamente proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético que pasa a través de las espiras del devanado del inducido. En consecuencia, a medida que disminuye la frecuencia de rotación de la armadura, la contraEMF también disminuye.
Si no hay carga mecánica en el eje del motor (el motor está en ralentí), el par del motor se ve obstaculizado únicamente por momentos de fricción y la velocidad de rotación del inducido alcanza su valor máximo. En este caso, el back-EMF compensa casi por completo el voltaje de la red y una corriente mínima pasa a través del devanado del inducido. Respectivamente energía eléctrica, consumido desde la red, es mínimo.
Control de velocidad del motor
Excitación CC independiente y paralela.
Veamos nuevamente la ecuación básica del motor eléctrico. La expresión para la FEM del motor no es diferente de la expresión para la FEM del generador. Esto es comprensible: en ambos casos, los conductores del devanado se cruzan líneas eléctricas campo magnético. El hecho de que la armadura del generador se desenrosque por fuerzas mecánicas y la armadura del motor por fuerzas electromagnéticas, no importa desde el punto de vista de la ley de inducción electromagnética.
Desde un punto de vista práctico, es importante comprender las condiciones y métodos para regular la velocidad del motor. La fórmula derivada nos permite resolver este problema. En primer lugar, observamos que para reducir las pérdidas de potencia, se esfuerzan por hacer que la resistencia del devanado del inducido sea lo más pequeña posible (en las máquinas reales es centésimas o milésimas de ohmio).
Por tanto, hay dos formas de cambiar suavemente la velocidad del motor en un amplio rango: 1) cambiar el voltaje U suministrado al inducido del motor; 2) cambio en el flujo de excitación magnética Ф (corriente de excitación Iв).
Es preferible el segundo método para regular la velocidad del motor, ya que está asociado con menores pérdidas de energía: la corriente de excitación es decenas de veces menor que la corriente del inducido y las pérdidas en el reóstato de control son proporcionales al cuadrado de la corriente. Sin embargo, si es necesario cambiar la velocidad del motor dentro de un rango muy amplio, se utilizan ambos métodos simultáneamente.
La capacidad de regular suave y económicamente la velocidad de rotación en un amplio rango es la ventaja más importante Motores CC.
En muchos casos, resulta necesario cambiar el sentido de rotación del inducido del motor eléctrico. Cambiar la dirección de rotación se llama invertir.
Para invertir un motor de CC, se debe cambiar la dirección del flujo magnético del campo o la corriente del inducido. Cuando la dirección del flujo de excitación y la corriente de la armadura cambian simultáneamente debido a un cambio en la polaridad del voltaje de la fuente de energía, la dirección de rotación de la armadura del motor no cambia.
La inversión del motor se realiza mediante interruptores en el circuito del inducido o en el circuito de excitación.
La expresión de la velocidad del motor muestra que a medida que disminuye el flujo magnético de excitación, la frecuencia aumenta sin límite. Desde este punto de vista, es peligrosa una rotura en el circuito de excitación del motor, en la que el flujo magnético disminuye bruscamente hasta el flujo de magnetización residual y el motor "pelea". El modo "sobremarcha" es especialmente probable en un motor descargado. El modo "espaciado" es una emergencia: las fuerzas centrífugas deforman el devanado del inducido, el inducido se atasca y, en algunos casos, se destruye.
Máquina de CC (Figura 1, A) consta de dos partes principales:
1) una parte estacionaria, destinada principalmente a crear un flujo magnético;
2) la parte giratoria, que se llama armadura y en la que se produce el proceso de conversión de energía mecánica en energía eléctrica (generador eléctrico) o viceversa - energía eléctrica a mecánico (motor eléctrico). Las partes estacionarias y giratorias están separadas entre sí por un espacio.
La parte fija de una máquina DC consta de polos principales 3(Figura 2), diseñado para crear el flujo magnético principal; postes adicionales 4, instalado entre el principal y los empleados para lograr un funcionamiento sin chispas cepillos 6 en el colector (Figura 1, b); cama 1.
Ancla 7 es un cuerpo cilíndrico que gira en el espacio entre los polos y consta de núcleo de armadura de engranaje; puesto sobre ello devanados; coleccionista Y aparato de cepillo. EN portaescobillas 5 son cepillos 6, proporcionando contacto deslizante con el conmutador durante la rotación. En eje 2 El ventilador y el anillo de equilibrio están presionados contra el motor.
Figura 1– Diseño de máquinas de corriente continua. A y coleccionista b.
Coleccionista ensamblado a partir de placas de cobre aisladas entre sí y de la carcasa 3. Se colocan manguitos de micanita prensada en las bridas de presión 4. Las bridas de presión se aíslan entre sí con juntas de micanita 2, que se aprietan con una tuerca anular 6. Secciones de la armadura Los devanados se sueldan a los gallos 7. El conmutador se somete a un tratamiento térmico de tal forma que forma estructura monolítica, eliminando ritmos y vibraciones.
Figura 2– Polo principal.
poste principal Consta de un núcleo (5) ensamblado sobre montantes fabricados en chapa de acero eléctrico de 1 mm de espesor. El núcleo tiene en el lado orientado hacia la armadura una pieza polar 6, que sirve para facilitar la conducción del flujo magnético a través del entrehierro. En el núcleo del polo se coloca una bobina de bobinado de campo 1, a través de la cual pasa una corriente continua. La bobina se enrolla en el marco 2. Los postes se fijan al marco 4 mediante pernos especiales 3.
Clasificación de devanados de armadura de máquinas de CC.
Independientemente del tipo de ancla (anillo o tambor) que tengamos siguientes tipos Devanados de armadura de máquinas de CC:
a) bucle simple; b) onda simple; c) bucle complejo;
d) onda compleja.
Los devanados simples siempre forman un solo sistema de conductores cerrados sobre sí mismos, mientras que los devanados complejos pueden formar uno o varios de estos sistemas. En el primer caso llamaremos al devanado complejo una vez cerrado, en el segundo – múltiples cerrados.
Modo generador.
Supongamos que el anclaje de la máquina (Figura 3, A) se gira en el sentido de las agujas del reloj. Luego se induce una FEM en los conductores del devanado del inducido, cuya dirección se puede determinar mediante la regla de la mano derecha y se muestra en la Figura 3. A. Dado que se supone que el flujo de polos es constante, esta fem se induce sólo debido a la rotación de la armadura y se llama fem rotacional.
La magnitud de la FEM inducida en el conductor del devanado del inducido.
, (1)
Figura 3– Trabajo más simple
Máquinas DC en modo
generador ( A) y motor ( b)
¿Dónde está la magnitud de la inducción magnética en el entrehierro entre el polo y la armadura en la ubicación del conductor? – longitud activa del conductor entre el polo y la armadura en el lugar del conductor, es decir la longitud sobre la cual se encuentra en un campo magnético; – velocidad lineal del movimiento del conductor.
Debido a la simetría, se induce la misma FEM en ambos conductores, que se suman a lo largo del contorno de la espira, y por tanto la FEM total del inducido de la máquina en cuestión.
. (2)
La fem es variable porque los conductores del devanado del inducido pasan alternativamente bajo los polos norte y sur, como resultado de lo cual cambia la dirección de la fem en los conductores.
La frecuencia de la EMF en una máquina de dos polos es igual a la velocidad de rotación del inducido, expresada en revoluciones por segundo:
y en caso general cuando la máquina tiene pares de polos con polaridad alterna,
En un generador, el conmutador es un rectificador mecánico que convierte la corriente alterna del devanado del inducido en corriente continua en el circuito externo.
El voltaje de CC en los terminales del inducido del generador será menor por la cantidad de caída de voltaje en la resistencia del devanado del inducido:
Los conductores del devanado del inducido con corriente se encuentran en un campo magnético y, por lo tanto, actuarán sobre ellos fuerzas electromagnéticas:
cuya dirección está determinada por la regla de la mano izquierda.
Estas fuerzas crean un par mecánico, que se llama par electromagnético y en la Figura 3 A, es igual
, (7)
¿Dónde está el diámetro del ancla? Como se puede ver en la Figura 3 A, en modo generador este momento actúa en contra del sentido de rotación del inducido y está frenando.
Modo motor.
Consideró maquina mas simple También puede funcionar como motor si se suministra corriente continua al devanado del inducido desde fuente externa. En este caso, las fuerzas electromagnéticas actuarán sobre los conductores del devanado del inducido y se producirá un par electromagnético. Las cantidades y , en cuanto al generador, están determinadas por las igualdades (3.6) y (3.7). Con un valor suficiente, el inducido de la máquina girará y desarrollará potencia mecánica. El momento es impulsor y actúa en el sentido de rotación.
Si deseamos que con la misma polaridad de los polos, el sentido de giro del generador (Figura 3, A) y el motor (Figura 3, b) eran iguales, entonces la dirección de acción y, por lo tanto, la dirección de la corriente en el motor debería invertirse en comparación con el generador (Figura 3, b).
En el modo motor, el conmutador convierte la corriente continua consumida del circuito externo en corriente alterna en el devanado del inducido y, por tanto, funciona como un inversor de corriente mecánico.
Los conductores del devanado del inducido del motor también giran en el campo magnético y, por lo tanto, también se induce una FEM en el devanado del inducido del motor, cuya magnitud está determinada por la igualdad (3.2). La dirección de este EMF en el motor (Figura 3, b) es el mismo que en el generador (Figura 3, A). Así, en un motor, la fem del inducido se dirige en sentido opuesto a la corriente y al voltaje aplicados a los terminales del inducido. Por lo tanto, la FEM del inducido del motor también se denomina fuerza contraelectromotriz.
El voltaje aplicado al inducido del motor está equilibrado por la fem y la caída de voltaje en el devanado del inducido:
Principio de reversibilidad:
De lo anterior se deduce que cada máquina de CC puede funcionar tanto en modo generador como en modo motor. Esta propiedad es inherente a todo tipo de máquinas eléctricas giratorias y se denomina reversibilidad.
Para hacer la transición de una máquina de CC del modo generador al modo motor y viceversa, sin cambiar la polaridad de los polos y las escobillas y la dirección de rotación, solo se requiere un cambio en la dirección de la corriente en el devanado del inducido.
Por lo tanto, dicha transición se puede llevar a cabo de manera bastante simple y en ciertas condiciones incluso automáticamente.
Conversión de energía.
La Figura 4 muestra las direcciones de acción de cantidades mecánicas y eléctricas en la armadura de un generador y un motor de CC.
Figura 4– Direcciones de la corriente EMF y momentos en el generador ( A) y motor ( b) CC.
Según la primera ley de Newton, cuando se aplica a un cuerpo en rotación, los pares de accionamiento y frenado que actúan sobre este cuerpo se equilibran entre sí. Por lo tanto, en un generador en condiciones de funcionamiento en estado estacionario, el par electromagnético
, (9)
donde es el par en el eje del generador desarrollado por el motor primario, es el momento de las fuerzas de fricción en los cojinetes, en el aire y en el conmutador de la máquina, es el par de frenado causado por las pérdidas debidas a la histéresis y las corrientes parásitas en el núcleo de la armadura .
Estas pérdidas de potencia resultan de la rotación del núcleo de la armadura en el campo magnético estacionario de los polos. Las fuerzas electromagnéticas que se generan en este caso tienen un efecto de frenado sobre el inducido y se manifiestan así como fuerzas de fricción.
En un motor en estado estacionario
, (10)
¿Dónde está el par de frenado en el eje del motor desarrollado por la máquina de trabajo (máquina herramienta, bomba, etc.)?
En el generador es el momento motriz, y en el motor el momento de frenado, y en ambos casos es de sentido opuesto.
La potencia desarrollada por el par electromagnético se llama poder electromagnético y es igual a
representa velocidad angular rotación.
En el devanado del inducido, bajo la influencia de la EMF y la corriente, se desarrolla la potencia eléctrica interna del inducido.
Según las igualdades (4.5) y (4.6), es decir La potencia eléctrica interna de la armadura es igual a la potencia electromagnética desarrollada por el par electromagnético, que refleja el proceso de conversión de energía mecánica en energía eléctrica en el generador y el proceso inverso en el motor.
Para generador
(15)
y para el motor
. (16)
Las partes izquierdas de estas expresiones representan la potencia eléctrica en los terminales de la armadura, los primeros términos de las partes derechas son la potencia electromagnética de la armadura y los últimos términos son las pérdidas de potencia eléctrica en la armadura.
Según estas expresiones, la potencia mecánica desarrollada en el eje del generador por el motor primario, menos las pérdidas mecánicas y magnéticas, se convierte en energía eléctrica en el devanado del inducido, y la potencia eléctrica menos las pérdidas en este devanado se suministra al circuito externo. En el motor, la energía eléctrica suministrada a la armadura desde un circuito externo se gasta parcialmente en pérdidas en el devanado de la armadura, y el resto se convierte en energía de campo electromagnético y esta última en energía mecánica, la cual, menos las pérdidas por fricción y las pérdidas en el El acero de la armadura se transfiere a la máquina de trabajo.
Pérdidas.
Disposiciones generales. Cuando una máquina eléctrica funciona, parte de la energía que consume se desperdicia y se disipa en forma de calor. El poder de la energía perdida se llama perdidas de potencia o simplemente pérdidas.
Pérdidas en maquinas electricas se dividen en básicos y adicionales. Las principales pérdidas surgen como resultado de los principales efectos electromagnéticos y procesos mecánicos, y las pérdidas adicionales son causadas por varios fenómenos secundarios. En las máquinas eléctricas rotativas, las principales pérdidas se dividen en 1) pérdidas mecánicas, 2) pérdidas magnéticas (pérdidas del acero) y 3) pérdidas eléctricas.
Las pérdidas eléctricas incluyen pérdidas en los devanados, que también se denominan pérdidas de cobre, aunque los devanados no siempre están hechos de cobre, pérdidas en los reóstatos de control y pérdidas en la resistencia de contacto de los contactos de las escobillas.
Pérdidas mecánicas constan de 1) pérdidas en cojinetes, 2) pérdidas por fricción de las escobillas sobre el conmutador o anillos colectores, y 3) pérdidas por ventilación, que incluyen pérdidas por fricción de las piezas de la máquina contra el aire y otras pérdidas asociadas con la ventilación de la máquina.
Las pérdidas en los rodamientos dependen del tipo de rodamientos (rodantes o deslizantes), del estado de las superficies de fricción, del tipo de lubricación, etc.
Las pérdidas por fricción del cepillo se pueden calcular mediante la fórmula
, (17)
¿Dónde está el coeficiente de fricción de las escobillas en el conmutador o anillos colectores? 
); – presión específica (por unidad de superficie) sobre el cepillo; – superficie de contacto de todos los cepillos; – velocidad periférica del conmutador o anillos colectores.
Las pérdidas por ventilación dependen del diseño de la máquina y del tipo de ventilación. En máquinas autoventiladas con ventilador centrífugo incorporado, las pérdidas por ventilación se calculan aproximadamente mediante la fórmula:
¿Dónde está la cantidad de aire que pasa a través de la máquina?
– velocidad periférica de las aletas de ventilación a lo largo de su diámetro exterior, .
Pérdidas mecánicas generales
Como se desprende de lo anterior, en cualquier máquina las pérdidas dependen únicamente de la velocidad de rotación y no de la carga. En máquinas de corriente continua con una potencia de 10 a 500 kW, las pérdidas son aproximadamente del 2 al 0,5% de la potencia nominal de la máquina.
Pérdidas magnéticas incluyen pérdidas debidas a histéresis y corrientes parásitas causadas por la inversión de la magnetización de los núcleos de acero activos. Para calcular estas pérdidas, el núcleo se divide en partes, en cada una de las cuales la inducción magnética es constante. Por ejemplo, en las máquinas de CC las pérdidas en el núcleo del inducido y en los dientes del inducido se calculan por separado.
Las pérdidas magnéticas también incluyen pérdidas adicionales que dependen de la magnitud del flujo principal de la máquina (flujo de polos) y son causadas por la estructura dentada de los núcleos. Estas pérdidas también se denominan pérdidas adicionales sin carga, ya que existen en una máquina excitada ya en de marcha en vacío. Estas pérdidas en las máquinas de corriente continua incluyen, en primer lugar, las pérdidas superficiales en las piezas polares provocadas por el dentado de la armadura.
Si en las piezas polares de una máquina de corriente continua también hay ranuras (si hay un devanado de compensación), entonces se producen pulsaciones de flujo magnético en los dientes y en los polos del inducido como resultado de su movimiento mutuo. Los flujos en los dientes son máximos cuando el diente de la armadura está ubicado frente al diente del polo y mínimos cuando la ranura está ubicada frente al diente. La frecuencia de estas pulsaciones también es alta. En este caso se producen pérdidas por pulsación en los dientes y pérdidas superficiales también en la superficie exterior de la armadura.
. (21)
Las pérdidas eléctricas también incluyen pérdidas en los reóstatos de control y pérdidas en la resistencia de transición de los contactos de las escobillas. La cantidad de pérdida en la resistencia de contacto de los contactos de las escobillas para escobillas de la misma polaridad se calcula mediante la fórmula
¿Dónde está la caída de voltaje por contacto de escobilla?
Pérdidas adicionales. Este grupo incluye las pérdidas provocadas por diversos fenómenos secundarios cuando la máquina está cargada.
En las máquinas de CC, una parte de las pérdidas consideradas surge debido a la distorsión de la curva del campo magnético en el entrehierro bajo carga bajo la influencia de la reacción transversal del inducido. Como resultado, el flujo magnético se distribuye de manera desigual sobre los dientes y la sección transversal de la parte posterior de la armadura: desde un borde de la pieza polar, la inducción en los dientes y la parte posterior de la armadura disminuye, y desde el otro borde aumenta. Esta distribución desigual del flujo provoca un aumento de las pérdidas magnéticas, del mismo modo que la distribución desigual de la corriente en un conductor provoca un aumento. perdidas electricas. Debido a esta distribución desigual del flujo, también aumentan las pérdidas superficiales en las piezas polares. En presencia de un devanado de compensación, la parte considerada de pérdidas adicionales está prácticamente ausente.
Otra parte de las pérdidas adicionales en las máquinas de corriente continua está asociada a la conmutación. Cuando los flujos de fuga de las secciones conmutadas cambian con el tiempo, se inducen corrientes parásitas en los conductores del devanado. La corriente de conmutación adicional provoca también pérdidas adicionales.
En la práctica, las pérdidas adicionales se estiman basándose en datos experimentales en forma de un determinado porcentaje de la potencia nominal. Según GOST 11828-66, estas pérdidas para máquinas de CC con carga nominal se toman: en ausencia de un devanado de compensación, igual al 1,0% y en presencia de un devanado de compensación, igual al 0,5% de la potencia de salida del generador. y la potencia conducida para el motor. Para otras cargas, estas pérdidas se recalculan proporcionalmente al cuadrado de la corriente de carga.
Todo tipo de pérdidas adicionales no relacionadas directamente con procesos eléctricos en los circuitos de bobinado de las máquinas están cubiertas por poder mecanico en el eje de la máquina.
Pérdidas totales o totales representan la suma de todas las pérdidas.