Arroz. once
En los motores excitados en serie, el devanado de campo está conectado en serie con el devanado del inducido (Fig. 11). La corriente de excitación del motor aquí es igual a la corriente del inducido, lo que confiere a estos motores propiedades especiales.
Para motores de excitación secuencial, el modo de ralentí es inaceptable. En ausencia de carga en el eje, la corriente en la armadura y el flujo magnético creado por ella serán pequeños y, como puede verse en la igualdad
la velocidad de rotación del inducido alcanza valores excesivamente altos, lo que provoca un "marcha excesiva" del motor. Por lo tanto, es inaceptable arrancar y operar el motor sin carga o con una carga inferior al 25% de la carga nominal.
Con cargas ligeras, cuando el circuito magnético de la máquina no está saturado (), el par electromagnético es proporcional al cuadrado de la corriente del inducido.
Debido a esto, el motor en serie tiene un par de arranque alto y se adapta bien a condiciones de arranque difíciles.
A medida que aumenta la carga, el circuito magnético de la máquina se satura y se rompe la proporcionalidad entre y. Cuando el circuito magnético está saturado, el flujo es casi constante, por lo que el par se vuelve directamente proporcional a la corriente del inducido.
Al aumentar el par de carga en el eje, la corriente del motor y el flujo magnético aumentan, y la velocidad de rotación disminuye según una ley cercana a la hiperbólica, como se puede ver en la ecuación (6).
Bajo cargas importantes, cuando el circuito magnético de la máquina está saturado, el flujo magnético permanece prácticamente sin cambios y la característica mecánica natural se vuelve casi lineal (Fig. 12, curva 1). Esta característica mecánica se llama blanda.
Cuando se introduce un reóstato regulador de arranque en el circuito del inducido, la característica mecánica se desplaza a la región de velocidades más bajas (Fig. 12, curva 2) y se denomina característica reostática artificial.
Arroz. 12
Es posible regular la velocidad de rotación de un motor de excitación en serie de tres formas: cambiando el voltaje del inducido, la resistencia del circuito del inducido y el flujo magnético. En este caso, la velocidad de rotación se controla cambiando la resistencia del circuito del inducido de la misma forma que en un motor de excitación en paralelo. Para regular la velocidad de rotación cambiando el flujo magnético, se conecta un reóstato paralelo al devanado de excitación (ver Fig. 11),
dónde . (8)
A medida que disminuye la resistencia del reóstato, su corriente aumenta y la corriente de excitación disminuye según la fórmula (8). Esto conduce a una disminución del flujo magnético y un aumento de la velocidad de rotación (ver fórmula 6).
Una disminución de la resistencia del reóstato va acompañada de una disminución de la corriente de excitación y, por tanto, una disminución del flujo magnético y un aumento de la velocidad de rotación. La característica mecánica correspondiente al flujo magnético debilitado se muestra en la Fig. 12, curva 3.
Arroz. 13
En la Fig. 13 muestra las características de rendimiento de un motor excitado en serie.
Las partes punteadas de las características se refieren a aquellas cargas bajo las cuales no se puede permitir el funcionamiento del motor debido a la alta velocidad de rotación.
Los motores de corriente continua con excitación en serie se utilizan como motores de tracción en el transporte ferroviario (trenes eléctricos), en el transporte eléctrico urbano (tranvías, metros) y en mecanismos de elevación y transporte.
TRABAJO DE LABORATORIO 8
32. Características mecánicas de DC EM.
Motor de corriente continua en serie: La ecuación característica mecánica tiene la forma:
, donde ω - frecuencia de rotación, rad/s; Rob - resistencia del devanado de excitación en serie, Ohm; α es el coeficiente de dependencia lineal (en una primera aproximación) del flujo magnético de la corriente del inducido.
A partir de la consideración de la Fig. de ello se deduce que las características mecánicas del motor en cuestión (natural y reostática) son de naturaleza suave e hiperbólica. Con cargas bajas, la velocidad de rotación aumenta bruscamente y puede exceder el valor máximo permitido (el motor entra en sobremarcha). Por lo tanto, dichos motores no se pueden utilizar para accionar mecanismos que funcionan en modo inactivo o con carga baja (varias máquinas, transportadores, etc.). Normalmente, la carga mínima permitida es (0,2 - 0,25) IН0М; Para operar en dispositivos donde es posible el ralentí, solo se utilizan motores de baja potencia (decenas de vatios). Para evitar que el motor funcione sin carga, está conectado rígidamente al mecanismo de transmisión (mediante un tren de engranajes o un embrague ciego); El uso de una transmisión por correa o un embrague de fricción para la activación es inaceptable.
A pesar de esta desventaja, los motores con excitación secuencial se utilizan ampliamente en diversos accionamientos eléctricos, especialmente cuando hay un cambio en el par de carga en un amplio rango y condiciones de arranque difíciles (mecanismos de elevación y giro, accionamiento de tracción, etc.). Esto se explica por el hecho de que la característica suave del motor en cuestión es más favorable para las condiciones de funcionamiento especificadas que la característica dura del motor con excitación en paralelo.
Motor CC excitado independientemente: Un rasgo característico del motor es que su corriente de campo es independiente de la corriente del inducido (corriente de carga), ya que el suministro al devanado de campo es esencialmente independiente. En consecuencia, ignorando el efecto desmagnetizador de la reacción del inducido, podemos suponer aproximadamente que el flujo del motor no depende de la carga. Por tanto, la característica mecánica será lineal.
La ecuación característica mecánica tiene la forma: 
donde ω - frecuencia de rotación, rad/s; U es el voltaje aplicado al circuito del inducido, V; F - flujo magnético, Wb; Rя, Rд - resistencia del inducido y adicional en su circuito, Ohm: α - constante de diseño del motor.
donde p es el número de pares de polos del motor; N es el número de conductores activos del inducido del motor; α es el número de ramas paralelas del devanado del inducido. Par motor, N*m.
- EMF de un motor de CC, V. Con un flujo magnético constante Ф = const, suponiendo c = к Ф, 
Entonces la expresión para el par, N*m: 
1. Característica mecánica e, obtenida para las condiciones Rd = O, Rv = 0, es decir el voltaje del inducido y el flujo magnético del motor son iguales a los valores nominales, llamados naturales (Fig. 17.6).
2, Si Rd > O (Rv = 0), se obtienen las características reostáticas artificiales 1 y 2, pasando por el punto ω0 - la velocidad de ralentí ideal de la máquina. Cuanto más veneno, mejores serán las características.3. Si cambia el voltaje en los terminales del inducido usando un convertidor, siempre que Rd = 0 y Rv = 0, entonces las características mecánicas artificiales tienen la forma 3 y 4 y corren paralelas a la natural y menor es el valor del voltaje, El más bajo.
4, A la tensión nominal del inducido (Rd = 0) y una disminución del flujo magnético (Rv > 0), las características tienen la forma 5 y cuanto menor es el flujo magnético, mayor es el natural y más pronunciado.
Motor CC de excitación mixta: Las características de estos motores son intermedias entre las características de los motores en paralelo y en serie.
Cuando los devanados de excitación en serie y en paralelo están conectados de acuerdo, el motor de excitación mixta tiene un par de arranque mayor en comparación con el motor de excitación en paralelo. Cuando los devanados de excitación se activan en direcciones opuestas, el motor adquiere una característica mecánica rígida. A medida que aumenta la carga, el flujo magnético del devanado en serie aumenta y, restado del flujo del devanado en paralelo, reduce el flujo de excitación total. En este caso, la velocidad de rotación del motor no solo no disminuye, sino que incluso puede aumentar (Fig. 6.19). En ambos casos, la presencia de un flujo magnético en el devanado paralelo elimina el modo de "espaciado" del motor cuando se elimina la carga.
Motor de excitación mixta
El motor de excitación mixta tiene dos devanados de excitación: paralelo y en serie (Fig. 29.12, a). La velocidad de rotación de este motor.
, (29.17)
donde y son los flujos de los devanados de excitación en serie y en paralelo.
El signo más corresponde al encendido coordinado de los devanados de excitación (se suman los MMF de los devanados). En este caso, a medida que aumenta la carga, aumenta el flujo magnético total (debido al flujo del devanado en serie), lo que conduce a una disminución de la velocidad del motor. Cuando los devanados se activan en direcciones opuestas, el flujo desmagnetiza la máquina (signo menos) a medida que aumenta la carga, lo que, por el contrario, aumenta la velocidad de rotación. En este caso, el funcionamiento del motor se vuelve inestable, ya que al aumentar la carga la velocidad de rotación aumenta sin límite. Sin embargo, con un pequeño número de vueltas del devanado en serie, la velocidad de rotación no aumenta al aumentar la carga y permanece prácticamente sin cambios en todo el rango de carga.
En la Fig. 29.12, b muestra las características de rendimiento de un motor de excitación mixta con activación coordinada de los devanados de campo, y en la Fig. 29.12, c - características mecánicas. A diferencia de las características mecánicas de un motor de excitación secuencial, este último tiene una apariencia más plana.
Arroz. 29.12. Diagrama de un motor de excitación mixta (a), sus características operativas (b) y mecánicas (c).
Cabe señalar que, en cuanto a su forma, las características de un motor de excitación mixta ocupan una posición intermedia entre las características correspondientes de los motores de excitación en paralelo y en serie, dependiendo de en cuál de los devanados de excitación (paralelo o en serie) predomina el MMF.
Un motor de excitación mixta tiene ventajas sobre un motor de excitación en serie. Este motor puede funcionar en ralentí porque el flujo del devanado en derivación limita la velocidad del motor en modo inactivo. y elimina el peligro de “propagación”. La velocidad de rotación de este motor puede controlarse mediante un reóstato en el circuito de devanado de campo paralelo. Sin embargo, la presencia de dos devanados de excitación hace que el motor de excitación mixta sea más caro en comparación con los tipos de motores discutidos anteriormente, lo que limita un poco su uso. Los motores de excitación mixta se utilizan generalmente cuando se requieren pares de arranque significativos, una rápida aceleración durante la aceleración, un funcionamiento estable y solo se permite una ligera disminución en la velocidad de rotación cuando aumenta la carga en el eje (laminadores, polipastos, bombas, compresores).
49. Propiedades de arranque y sobrecarga de motores DC.
Arrancar un motor de CC conectándolo directamente a la tensión de red sólo está permitido para motores de baja potencia. En este caso, el pico de corriente al comienzo del arranque puede ser del orden de 4 a 6 veces el valor nominal. El arranque directo de motores de corriente continua de gran potencia es completamente inaceptable, porque el pico de corriente inicial aquí será de 15 a 50 veces el nominal. Por tanto, el arranque de motores de media y alta potencia se realiza mediante un reóstato de arranque, que limita la corriente de arranque a los valores permitidos de conmutación y resistencia mecánica.
El reóstato de arranque está hecho de alambre o cinta de alta resistividad, dividido en secciones. Los cables están conectados a pulsadores de cobre o contactos planos en los puntos de transición de una sección a otra. El cepillo de cobre del brazo oscilante del reóstato se mueve a lo largo de los contactos. Los reóstatos pueden tener otros diseños. La corriente de excitación al arrancar un motor con excitación en paralelo se ajusta para que corresponda al funcionamiento normal; el circuito de excitación se conecta directamente a la tensión de la red para que no haya una disminución de tensión debido a la caída de tensión en el reóstato (ver Fig. 1). .
La necesidad de tener una corriente de excitación normal se debe al hecho de que al arrancar, el motor debe desarrollar el par Mem más alto posible permitido, necesario para asegurar una rápida aceleración. El motor de CC se arranca disminuyendo secuencialmente la resistencia del reóstato, generalmente moviendo la palanca del reóstato de un contacto fijo del reóstato a otro y apagando las secciones; La resistencia también se puede reducir cortocircuitando secciones con contactores que funcionan según un programa determinado.
Al arrancar manual o automáticamente, la corriente cambia de un valor máximo igual a 1,8 - 2,5 veces el valor nominal al inicio de la operación en una resistencia del reóstato dada, a un valor mínimo igual a 1,1 - 1,5 veces el valor nominal al final de operación y antes de cambiar a otra posición del reóstato de arranque. La corriente del inducido después de encender el motor con la resistencia del reóstato rп es
donde Uc es el voltaje de la red.
Después de encenderlo, el motor comienza a acelerar, se produce un contraEMF E y la corriente del inducido disminuye. Si tenemos en cuenta que las características mecánicas n = f1(Mn) y n = f2 (Iа) son prácticamente lineales, entonces durante la aceleración el aumento de la velocidad de rotación se producirá según una ley lineal que depende de la corriente del inducido (Fig. 1). ).
Arroz. 1. Diagrama de arranque del motor CC
El diagrama inicial (Fig. 1) para varias resistencias en el circuito del inducido representa segmentos de características mecánicas lineales. Cuando la corriente del inducido IA disminuye al valor Imin, la sección del reóstato con resistencia r1 se apaga y la corriente aumenta al valor
donde E1 es la fem en el punto A de la característica; r1 es la resistencia de la sección a desconectar.
Luego el motor acelera nuevamente hasta el punto B, y así sucesivamente hasta alcanzar la característica natural, momento en el que se enciende el motor directamente al voltaje Uc. Los reóstatos de arranque están diseñados para calentarse durante 4 a 6 arranques seguidos, por lo que debe asegurarse de que al final del arranque el reóstato de arranque esté completamente apagado.
Al detenerse, el motor se desconecta de la fuente de energía y el reóstato de arranque se enciende por completo: el motor está listo para el siguiente arranque. Para eliminar la posibilidad de que aparezcan grandes campos electromagnéticos de autoinducción cuando el circuito de excitación está roto y cuando está apagado, el circuito se puede cerrar hasta la resistencia de descarga.
En los variadores de velocidad, los motores de CC se arrancan aumentando gradualmente el voltaje de suministro de modo que la corriente de arranque se mantenga dentro de los límites requeridos o permanezca aproximadamente constante durante la mayor parte del tiempo de arranque. Esto último se puede lograr controlando automáticamente el proceso de cambio de voltaje de la fuente de energía en sistemas con retroalimentación.
Iniciar y detener MPT
La conexión directa a la tensión de red sólo está permitida para motores de baja potencia. En este caso, el pico de corriente al comienzo del arranque puede ser del orden de 4 a 6 veces el valor nominal. El arranque directo de motores de CC de gran potencia es completamente inaceptable, porque el pico de corriente inicial aquí será igual a 15 a 50 veces el nominal. Por tanto, el arranque de motores de media y alta potencia se realiza mediante un reóstato de arranque, que limita la corriente de arranque a los valores permitidos de conmutación y resistencia mecánica.
Arrancar un motor de CC se lleva a cabo disminuyendo sucesivamente la resistencia del reóstato, generalmente moviendo la palanca del reóstato de un contacto fijo del reóstato a otro y apagando las secciones; La resistencia también se puede reducir cortocircuitando secciones con contactores que funcionan según un programa determinado.
Al arrancar manual o automáticamente, la corriente cambia de un valor máximo igual a 1,8 - 2,5 veces el valor nominal al inicio de la operación en una resistencia del reóstato dada, a un valor mínimo igual a 1,1 - 1,5 veces el valor nominal al final de operación y antes de cambiar a otra posición del reóstato de arranque.
Frenado necesario para reducir el tiempo de parada de los motores, que en ausencia de frenado puede ser inaceptablemente largo, así como para fijar los mecanismos accionados en una determinada posición. Frenado mecánico Los motores de CC generalmente se fabrican colocando pastillas de freno en la polea de freno. La desventaja de los frenos mecánicos es que el par de frenado y el tiempo de frenado dependen de factores aleatorios: aceite o humedad en la polea del freno y otros. Por lo tanto, este tipo de frenado se utiliza cuando el tiempo y la distancia de frenado no están limitados.
En algunos casos, después del frenado eléctrico preliminar a baja velocidad, es posible detener con bastante precisión un mecanismo (por ejemplo, un ascensor) en una posición determinada y fijar su posición en un lugar determinado. Este tipo de frenada también se utiliza en situaciones de emergencia.
Frenado eléctrico proporciona una producción bastante precisa del par de frenado requerido, pero no puede garantizar la fijación del mecanismo en un lugar determinado. Por lo tanto, el frenado eléctrico, si es necesario, se complementa con un frenado mecánico, que entra en vigor una vez finalizado el frenado eléctrico.
El frenado eléctrico se produce cuando la corriente fluye de acuerdo con la EMF del motor. Hay tres métodos de frenado posibles.
Frenado de motores DC con retorno de energía a la red. En este caso, el EMF E debe ser mayor que el voltaje de la fuente de alimentación UC y la corriente fluirá en la dirección del EMF, siendo la corriente en modo generador. La energía cinética almacenada se convertirá en energía eléctrica y se devolverá parcialmente a la red. El diagrama de conexión se muestra en la Fig. 2, a.
Arroz. 2. Circuitos de frenado eléctrico de motores DC: i - con retorno de energía a la red; b - con contraconexión; c - frenado dinámico
El frenado del motor de CC se puede lograr cuando se reduce el voltaje de la fuente de alimentación de modo que Uc< Е, а также при спуске грузов в подъемнике и в других случаях.
Frenado en modo inverso Esto se realiza cambiando el motor giratorio al sentido de rotación inverso. En este caso, el EMF E y el voltaje Uc en la armadura se suman, y para limitar la corriente I, se debe incluir una resistencia con una resistencia inicial.
donde Imax es la corriente más alta permitida.
El frenado está asociado con grandes pérdidas de energía.
Frenado dinámico de motores DC. se realiza cuando se conecta una resistencia rt a los terminales de un motor excitado giratorio (Fig. 2, c). La energía cinética almacenada se convierte en energía eléctrica y se disipa en el circuito del inducido en forma de calor. Este es el método más común de frenado.
Circuitos de conmutación para un motor de CC de excitación en paralelo (independiente): a - circuito de conmutación del motor, b - circuito de conmutación para frenado dinámico, c - circuito de contraconmutación.
Procesos transitorios en MPT
En general, pueden ocurrir procesos transitorios en un circuito eléctrico si el circuito contiene elementos inductivos y capacitivos que tienen la capacidad de acumular o liberar energía de un campo magnético o eléctrico. En el momento de la conmutación, cuando comienza el proceso de transición, la energía se redistribuye entre los elementos inductivos y capacitivos del circuito y las fuentes de energía externas conectadas al circuito. En este caso, parte de la energía se convierte irrevocablemente en otros tipos de energía (por ejemplo, en energía térmica mediante resistencia activa).
Una vez finalizado el proceso de transición, se establece un nuevo estado estacionario, que está determinado únicamente por fuentes de energía externas. Cuando se apagan las fuentes de energía externas, puede ocurrir un proceso transitorio debido a la energía del campo electromagnético acumulada antes del inicio del modo transitorio en los elementos inductivos y capacitivos del circuito.
Los cambios en la energía de los campos magnético y eléctrico no pueden ocurrir instantáneamente y, por lo tanto, los procesos no pueden ocurrir instantáneamente en el momento de la conmutación. De hecho, un cambio brusco (instantáneo) de energía en un elemento inductivo y capacitivo conduce a la necesidad de tener potencias infinitamente grandes p = dW/dt, lo cual es prácticamente imposible, porque en los circuitos eléctricos reales no existen potencias infinitamente grandes.
Por tanto, los procesos transitorios no pueden ocurrir instantáneamente, ya que, en principio, es imposible cambiar instantáneamente la energía acumulada en el campo electromagnético del circuito. Teóricamente, los procesos transitorios terminan en el tiempo t→∞. En la práctica, los procesos transitorios son rápidos y su duración suele ser de una fracción de segundo. Dado que la energía de los campos magnéticos W M y eléctricos W E se describe mediante las expresiones
entonces la corriente en la inductancia y el voltaje a través de la capacitancia no pueden cambiar instantáneamente. Las leyes de conmutación se basan en esto.
La primera ley de la conmutación es que la corriente en la rama con un elemento inductivo en el momento inicial después de la conmutación tiene el mismo valor que tenía inmediatamente antes de la conmutación, y luego a partir de este valor comienza a cambiar suavemente. Lo anterior generalmente se escribe en la forma i L (0 -) = i L (0 +), considerando que la conmutación ocurre instantáneamente en el momento t = 0.
La segunda ley de la conmutación es que el voltaje en el elemento capacitivo en el momento inicial después de la conmutación tiene el mismo valor que tenía inmediatamente antes de la conmutación, y luego a partir de este valor comienza a cambiar suavemente: U C (0 -) = U C (0 +).
En consecuencia, la presencia de una rama que contiene inductancia en un circuito encendido bajo tensión equivale a romper el circuito en este lugar en el momento de la conmutación, ya que i L (0 -) = i L (0 +). La presencia en un circuito encendido bajo tensión de una rama que contiene un condensador descargado equivale a un cortocircuito en este lugar en el momento de la conmutación, ya que U C (0 -) = U C (0 +).
Sin embargo, en un circuito eléctrico, son posibles sobretensiones en las inductancias y corrientes en los condensadores.
En los circuitos eléctricos con elementos resistivos, la energía del campo electromagnético no se almacena, por lo que en ellos no se producen procesos transitorios, es decir, en tales circuitos, los modos estacionarios se establecen instantáneamente y de forma abrupta.
En realidad, cualquier elemento de circuito tiene cierta resistencia r, inductancia L y capacitancia C, es decir En los dispositivos eléctricos reales existen pérdidas de calor por el paso de la corriente y la presencia de resistencia r, así como campos magnéticos y eléctricos.
Los procesos transitorios en dispositivos eléctricos reales se pueden acelerar o ralentizar seleccionando los parámetros adecuados de los elementos del circuito, así como mediante el uso de dispositivos especiales.
52. Máquinas magnetohidrodinámicas de corriente continua. La magnetohidrodinámica (MHD) es un campo de la ciencia que estudia las leyes de los fenómenos físicos en medios líquidos y gaseosos eléctricamente conductores mientras se mueven en un campo magnético. En estos fenómenos se basa el principio de funcionamiento de diversas máquinas magnetohidrodinámicas (MHD) de corriente continua y alterna. Algunas máquinas MHD se utilizan en diversos campos de la tecnología, mientras que otras tienen importantes perspectivas de uso futuro. Los principios del diseño y funcionamiento de las máquinas MHD DC se analizan a continuación.
Bombas electromagnéticas para metales líquidos.
Figura 1. Principio de una bomba electromagnética de CC.
En una bomba de corriente continua (Figura 1), el canal 2 con metal líquido se coloca entre los polos del electroimán 1 y, mediante electrodos 3 soldados a las paredes del canal, se pasa corriente continua de una fuente externa a través del metal líquido. Dado que en este caso la corriente se suministra al metal líquido por conducción, este tipo de bombas también se denominan conducción.
Cuando el campo de los polos interactúa con la corriente en el metal líquido, las fuerzas electromagnéticas actúan sobre las partículas de metal, se desarrolla presión y el metal líquido comienza a moverse. Las corrientes en el metal líquido distorsionan el campo de los polos ("reacción del inducido"), lo que conduce a una disminución de la eficiencia de la bomba. Por lo tanto, en las bombas potentes, entre las piezas polares y el canal se colocan barras colectoras (“devanado de compensación”), que están conectadas en serie al circuito de corriente del canal en la dirección opuesta. El devanado de excitación del electroimán (no mostrado en la Figura 1) generalmente está conectado en serie al circuito de corriente del canal y tiene solo 1 o 2 vueltas.
El uso de bombas de conducción es posible para metales líquidos poco corrosivos y a temperaturas en las que las paredes del canal pueden estar hechas de metales resistentes al calor (acero inoxidable no magnético, etc.). De lo contrario, las bombas de inducción de CA son más adecuadas.
Las bombas del tipo descrito comenzaron a utilizarse alrededor de 1950 para fines de investigación y en instalaciones con reactores nucleares, en las que se utilizan portadores metálicos líquidos para eliminar el calor de los reactores: sodio, potasio, sus aleaciones, bismuto y otros. La temperatura del metal líquido en las bombas es de 200 a 600 °C y, en algunos casos, de hasta 800 °C. Una de las bombas de sodio terminadas tiene los siguientes datos de diseño: temperatura 800 °C, presión 3,9 kgf/cm², caudal 3670 m³/h, potencia hidráulica útil 390 kW, consumo de corriente 250 kA, voltaje 2,5 V, consumo de energía 625 kW, eficiencia 62,5%. Otros datos característicos de esta bomba: sección transversal del canal 53 × 15,2 cm, velocidad de flujo en el canal 12,4 m/s, longitud del canal activo 76 cm.
La ventaja de las bombas electromagnéticas es que no tienen partes móviles y el camino del metal líquido puede sellarse.
Las bombas de CC requieren fuentes de alta corriente y bajo voltaje para alimentarlas. Las unidades rectificadoras son de poca utilidad para alimentar bombas potentes, ya que son voluminosas y de baja eficiencia. En este caso, los generadores unipolares son más adecuados; consulte el artículo "Tipos especiales de generadores y convertidores de CC".
Motores de cohetes de plasma
Las bombas electromagnéticas consideradas son una especie de motores de corriente continua. Estos dispositivos, en principio, también son adecuados para acelerar, acelerar o mover plasma, es decir, gas ionizado a alta temperatura (2000 - 4000 ° C y más) y, por tanto, eléctricamente conductor. En este sentido, se están desarrollando motores de plasma a chorro para cohetes espaciales, cuyo objetivo es obtener velocidades de salida del plasma de hasta 100 km/s. Estos motores no tendrán mucho empuje y, por tanto, serán adecuados para funcionar lejos de planetas, donde los campos gravitacionales son débiles; sin embargo, tienen la ventaja de que el flujo másico de la sustancia (plasma) es pequeño. Se supone que la energía eléctrica necesaria para alimentarlos se obtiene mediante reactores nucleares. Para los motores de plasma de CC, un problema difícil es crear electrodos fiables para suministrar corriente al plasma.
Generadores magnetohidrodinámicos
Las máquinas MHD, como todas las máquinas eléctricas, son reversibles. En particular, el dispositivo que se muestra en la Figura 1 también puede funcionar en modo generador si se hace pasar un líquido o gas conductor a través de él. En este caso, es recomendable disponer de excitación independiente. La corriente generada se elimina de los electrodos.
Los caudalímetros electromagnéticos para agua, soluciones de álcalis y ácidos, metales líquidos y similares se basan en este principio. La fuerza electromotriz sobre los electrodos es proporcional a la velocidad de movimiento o flujo de fluido.
Los generadores MHD son interesantes desde el punto de vista de la creación de potentes generadores eléctricos para convertir directamente la energía térmica en energía eléctrica. Para ello, a través de un dispositivo del tipo mostrado en la Figura 1, es necesario hacer pasar plasma conductor a una velocidad de unos 1000 m/s. Este plasma se puede obtener quemando combustible convencional, así como calentando gas en reactores nucleares. Para aumentar la conductividad del plasma, se pueden introducir en él pequeños aditivos de metales alcalinos fácilmente ionizables.
La conductividad eléctrica del plasma a temperaturas del orden de 2000 – 4000 °C es relativamente baja (resistividad aproximadamente 1 Ohm × cm = 0,01 Ohm × m = 104 Ohm × mm² / m, es decir, aproximadamente 500.000 veces mayor que la del cobre ). Sin embargo, en generadores potentes (alrededor de 1 millón de kW) es posible obtener indicadores técnicos y económicos aceptables. También se están desarrollando generadores MHD con un fluido de trabajo de metales líquido.
Al crear generadores MHD de plasma de CC, surgen dificultades con la elección de los materiales para los electrodos y con la producción de paredes de canal confiables. En las instalaciones industriales, convertir corriente continua de voltaje relativamente bajo (varios miles de voltios) y alta potencia (cientos de miles de amperios) en corriente alterna también es un desafío.
53. Máquinas unipolares. El primer generador polar fue inventado por Michael Faraday. La esencia del efecto descubierto por Faraday es que cuando un disco gira en un campo magnético transversal, los electrones del disco se ven afectados por la fuerza de Lorentz, que los desplaza hacia el centro o hacia la periferia, dependiendo de la dirección del campo y rotación. Gracias a esto, surge una fuerza electromotriz y, a través de las escobillas recolectoras de corriente que tocan el eje y la periferia del disco, se puede eliminar una cantidad significativa de corriente y potencia, aunque el voltaje es pequeño (generalmente fracciones de voltio). Posteriormente se descubrió que la rotación relativa del disco y el imán no es una condición necesaria. Dos imanes y un disco conductor entre ellos, que giran juntos, también muestran la presencia del efecto de inducción unipolar. Un imán hecho de material conductor de electricidad, cuando se gira, también puede funcionar como un generador unipolar: en sí mismo es un disco del que se eliminan los electrones con la ayuda de cepillos y también es una fuente de campo magnético. En este sentido, los principios de la inducción unipolar se desarrollan en el marco del concepto de movimiento de partículas cargadas libres en relación con un campo magnético, y no en relación con los imanes. El campo magnético, en este caso, se considera estacionario.
El debate sobre este tipo de máquinas se prolongó durante mucho tiempo. Los físicos que negaban la existencia del éter no podían entender que el campo es una propiedad del espacio "vacío". Esto es correcto, ya que "el espacio no está vacío", hay éter en él, y es esto lo que proporciona el entorno para la existencia de un campo magnético, respecto del cual giran tanto los imanes como el disco. El campo magnético puede entenderse como un flujo cerrado de éter. Por lo tanto, la rotación relativa del disco y del imán no es un requisito previo.
En el trabajo de Tesla, como ya hemos señalado, se realizaron mejoras en el circuito (se aumentó el tamaño de los imanes y se segmentó el disco), lo que permite crear máquinas Tesla unipolares autorrotantes.
El devanado de excitación está conectado a una fuente independiente. Las características del motor son las mismas que las de un motor de imanes permanentes. La velocidad de rotación está controlada por la resistencia en el circuito del inducido. También está regulada por un reóstato (resistencia de ajuste) en el circuito del devanado de excitación, pero si su valor disminuye excesivamente o si se rompe, la corriente del inducido aumenta hasta valores peligrosos. Los motores con excitación independiente no pueden arrancarse al ralentí o con poca carga en el eje. La velocidad de rotación aumentará bruscamente y el motor resultará dañado.
Circuito de excitación independiente
Los circuitos restantes se denominan circuitos autoexcitados.
excitación paralela
El rotor y los devanados de excitación están conectados en paralelo a una fuente de energía. Con esta conexión, la corriente a través del devanado de excitación es varias veces menor que a través del rotor. Las características de los motores eléctricos son rígidas, lo que permite su uso para accionar máquinas y ventiladores.
La regulación de la velocidad de rotación está garantizada mediante la inclusión de reóstatos en el circuito del rotor o en serie con el devanado de excitación.
Circuito de excitación en paralelo
Excitación secuencial
El devanado de campo está conectado en serie con el devanado del inducido y la misma corriente fluye a través de ellos. La velocidad de un motor de este tipo depende de su carga; no se puede encender al ralentí. Pero tiene buenas características de arranque, por lo que en los vehículos electrificados se utiliza un circuito de excitación en serie.
Circuito de excitación en serie
Emoción mixta
Con este esquema se utilizan dos devanados de excitación, ubicados por pares en cada uno de los polos del motor eléctrico. Se pueden conectar para que sus flujos se sumen o resten. Como resultado, el motor puede tener características similares a las de un circuito de excitación en serie o en paralelo.
Circuito de excitación mixto
Para cambiar la dirección de rotación cambiar la polaridad de uno de los devanados de excitación. Para controlar el arranque del motor eléctrico y su velocidad de rotación, se utiliza la conmutación gradual de resistencias.
33. Características de DPT con excitación independiente.
Motor de CC con excitación independiente (DPT NV) En este motor (Figura 1), el devanado de excitación está conectado a una fuente de alimentación separada. Se incluye un reóstato de ajuste r reg en el circuito del devanado de excitación y un reóstato adicional (de arranque) R p en el circuito del inducido. Un rasgo característico del NV DPT es su corriente de excitación. yo en independiente de la corriente de armadura yo yo ya que el suministro de energía al devanado de excitación es independiente.
Circuito de motor CC de excitación independiente (DC NV)
Foto 1
Características mecánicas de un motor CC de excitación independiente (motor CC)
La ecuación para las características mecánicas de un motor de CC excitado independientemente tiene la forma
donde: n 0 - velocidad de rotación del eje del motor al ralentí. Δn - cambio en la velocidad del motor bajo carga mecánica.
De esta ecuación se deduce que las características mecánicas de un motor de CC de excitación independiente (motor de CC) son lineales y se cruzan con el eje de ordenadas en el punto inactivo n 0 (figura 13.13 a), mientras que la velocidad del motor cambia Δn, provocado por un cambio en su carga mecánica, es proporcional a la resistencia del circuito de la armadura R a =∑R + R ext. Por lo tanto, en la resistencia más baja del circuito de armadura R a = ∑R, cuando Rextensión = 0 , corresponde a la diferencia más pequeña en la velocidad de rotación Δn. En este caso, la característica mecánica se vuelve rígida (gráfico 1).
Las características mecánicas del motor, obtenidas a valores de voltaje nominal en el inducido y los devanados de campo y en ausencia de resistencia adicional en el circuito del inducido, se denominan natural(gráfico 7).
si al menos uno se ha cambiado uno de los parámetros del motor enumerados (el voltaje en el inducido o los devanados de excitación difiere de los valores nominales, o la resistencia en el circuito del inducido se ha cambiado introduciendo Rextensión), entonces las características mecánicas se llaman artificial.
Las características mecánicas artificiales obtenidas al introducir una resistencia adicional R en el circuito de la armadura también se denominan reostáticas (gráficos 7, 2 y 3).
Al evaluar las propiedades de control de los motores de CC, las características mecánicas son de gran importancia. norte = f(M). Con un par de carga constante en el eje del motor con una resistencia de resistencia creciente Rextensión la velocidad de rotación disminuye. Valores de resistencia Rextensión obtener una característica mecánica artificial correspondiente a la velocidad de rotación requerida norte a una carga determinada (generalmente nominal) para motores excitados independientemente:
donde U es el voltaje de suministro del circuito del inducido del motor, V; I i - corriente de inducido correspondiente a una carga de motor determinada, A; n - velocidad de rotación requerida, rpm; norte 0 - velocidad de ralentí, rpm.
La velocidad de ralentí n 0 es la velocidad límite por encima de la cual el motor cambia al modo generador. Esta velocidad excede la velocidad nominal. nortenombre tanto como la tensión nominal U nom suministrada al circuito del inducido exceda la fem del inducido misoy nomina a la carga nominal del motor.
La forma de las características mecánicas del motor está influenciada por la magnitud del flujo de excitación magnético principal. F. Al disminuir F(a medida que aumenta la resistencia de la resistencia r preg), la velocidad de ralentí del motor n 0 y la diferencia de velocidad de rotación Δn aumentan. Esto conduce a un cambio significativo en la rigidez de las características mecánicas del motor (Fig. 13.13, b). Si cambia el voltaje en el devanado del inducido U (con R ext y R reg sin cambios), entonces n 0 cambia y Δn permanece sin cambios [ver. (13.10)]. Como resultado, las características mecánicas se desplazan a lo largo del eje de ordenadas, permaneciendo paralelas entre sí (figura 13.13, c). Esto crea las condiciones más favorables al regular la velocidad del motor cambiando el voltaje. Ud., suministrado al circuito del inducido. Este método de control de velocidad se ha vuelto más extendido debido al desarrollo y uso generalizado de convertidores de voltaje de tiristores ajustables.
