Ryža. jedenásť
U motorov sériového budenia je budiace vinutie zapojené do série s vinutím kotvy (obr. 11). Budiaci prúd motora sa tu rovná prúdu kotvy, čo dáva týmto motorom špeciálne vlastnosti.
Pre motory so sekvenčným budením je režim voľnobehu neprijateľný. Pri absencii zaťaženia hriadeľa bude prúd v kotve a ním vytvorený magnetický tok malý a ako je zrejmé z rovnosti
otáčky kotvy dosahujú nadmerne vysoké hodnoty, čo vedie k "rozbehnutiu" motora. Preto je spustenie a chod motora bez záťaže alebo so záťažou menšou ako 25 % menovitého zaťaženia neprijateľné.
Pri nízkych zaťaženiach, keď magnetický obvod stroja nie je nasýtený (), je elektromagnetický moment úmerný štvorcu prúdu kotvy
Z tohto dôvodu má sériový budiaci motor veľký rozbehový moment a dobre si poradí s ťažkými štartovacími podmienkami.
So zvyšujúcim sa zaťažením je magnetický obvod stroja nasýtený a proporcionalita medzi a je narušená. Keď je magnetický obvod nasýtený, tok je takmer konštantný, takže krútiaci moment sa stáva priamo úmerným prúdu kotvy.
So zvyšovaním záťažového momentu na hriadeli sa zvyšuje prúd motora a magnetický tok a frekvencia otáčania klesá podľa zákona blízkeho hyperbolickej, čo je zrejmé z rovnice (6).
Pri výraznom zaťažení, keď je magnetický obvod stroja nasýtený, zostáva magnetický tok prakticky nezmenený a prirodzená mechanická charakteristika sa stáva takmer priamočiarou (obr. 12, krivka 1). Táto mechanická vlastnosť sa nazýva mäkká.
Zavedením spúšťacieho a nastavovacieho reostatu do obvodu kotvy sa mechanická charakteristika posúva do oblasti nižších otáčok (obr. 12, krivka 2) a nazýva sa umelá charakteristika reostatu.
Ryža. 12
Regulácia otáčok sekvenčného budiaceho motora je možná tromi spôsobmi: zmenou napätia na kotve, odporu obvodu kotvy a magnetického toku. V tomto prípade sa regulácia otáčok zmenou odporu obvodu kotvy vykonáva rovnakým spôsobom ako pri paralelnom budiacom motore. Na riadenie otáčok zmenou magnetického toku je paralelne s budiacim vinutím zapojený reostat (pozri obr. 11),
kde . (osem)
So znížením odporu reostatu sa jeho prúd zvyšuje a budiaci prúd klesá podľa vzorca (8). To vedie k zníženiu magnetického toku a zvýšeniu rýchlosti otáčania (pozri vzorec 6).
Zníženie odporu reostatu je sprevádzané poklesom budiaceho prúdu, čo znamená zníženie magnetického toku a zvýšenie frekvencie otáčania. Mechanická charakteristika zodpovedajúca oslabenému magnetickému toku je znázornená na obr. 12, krivka 3.
Ryža. 13
Na obr. 13 znázorňuje výkonové charakteristiky sériového budiaceho motora.
Bodkované časti charakteristík označujú také zaťaženia, pri ktorých motor nemôže pracovať kvôli vysokým otáčkam.
Jednosmerné motory so sériovým budením sa používajú ako trakčné motory v železničnej doprave (električky), v mestskej elektrickej doprave (električky, vlaky metra) a vo zdvíhacích a prepravných mechanizmoch.
LABORATÓRNE PRÁCE 8
32. Mechanické charakteristiky DC ED
Jednosmerný motor sériového budenia: Rovnica mechanickej charakteristiky má tvar:
, kde ω - frekvencia otáčania, rad / s; Rob je odpor vinutia sériového budenia, Ohm; α je koeficient lineárnej závislosti (v prvej aproximácii) magnetického toku od prúdu kotvy.
Z preskúmania obr. z toho vyplýva, že mechanické vlastnosti uvažovaného motora (prirodzené a reostatické) sú mäkké a hyperbolické. Pri nízkych zaťaženiach sa rýchlosť otáčania prudko zvyšuje a môže prekročiť maximálnu povolenú hodnotu (motor prejde do "úteku"). Preto takéto motory nemožno použiť na pohon mechanizmov pracujúcich v režime nečinnosti alebo pri nízkej záťaži (rôzne stroje, dopravníky atď.). Zvyčajne je minimálne prípustné zaťaženie (0,2 - 0,25) IN0M; iba motory s nízkym výkonom (desiatky wattov) sa používajú na prevádzku v zariadeniach, kde sú možné otáčky naprázdno. Aby sa zabránilo chodu motora bez zaťaženia, je pevne spojený s hnacím mechanizmom (prevodovka alebo slepá spojka); použitie remeňového pohonu alebo trecej spojky na zapojenie je neprijateľné.
Napriek tejto nevýhode sú sekvenčné budiace motory široko používané v rôznych elektrických pohonoch, najmä tam, kde dochádza k zmene momentu zaťaženia v širokom rozsahu a ťažkých štartovacích podmienkach (zdvíhacie a otočné mechanizmy, trakčný pohon atď.). Je to preto, že mäkká charakteristika uvažovaného motora je pre špecifikované prevádzkové podmienky priaznivejšia ako tvrdá charakteristika motora s paralelným budením.
Jednosmerný motor s nezávislým budením: Charakteristickým znakom motora je, že jeho budiaci prúd je nezávislý od prúdu kotvy (zaťažovacieho prúdu), pretože napájanie budiaceho vinutia je v podstate nezávislé. Preto pri zanedbaní demagnetizačného účinku reakcie kotvy môžeme približne predpokladať, že tok motora nezávisí od zaťaženia. V dôsledku toho bude mechanická charakteristika lineárna.
Rovnica mechanickej charakteristiky má tvar: 
kde ω - frekvencia otáčania, rad / s; U je napätie aplikované na obvod kotvy, V; F - magnetický tok, Wb; Rя, Rд - odpor kotvy a dodatočný odpor v jej obvode, Ohm: α- konštrukčná konštanta motora.
kde p je počet párov pólov motora; N je počet aktívnych vodičov kotvy motora; α je počet paralelných vetiev vinutia kotvy. Krútiaci moment motora, N * m.
- EMF jednosmerného motora, V. Pri konštantnom magnetickom toku Ф = const, za predpokladu c = až Ф, 
Potom výraz pre krútiaci moment, N * m: 
1. Mechanická charakteristika e, získaná pre podmienky Rd = O, Rw = 0, t.j. napätie kotvy a magnetický tok motora sa rovnajú nominálnym hodnotám, nazývaným prirodzené (obr. 17.6).
2, Ak Rd> O (Rw = 0), získame charakteristiky umelého reostatu 1 a 2, prechádzajúce bodom ω0 - rýchlosť ideálneho voľnobehu stroja. Čím viac jedu, tým strmšie vlastnosti.3, Ak zmeníte napätie na svorkách kotvy pomocou meniča, za predpokladu, že Rd = 0 a Rv = 0, potom umelé mechanické charakteristiky sú tvaru 3 a 4 a prebiehajú paralelne s prirodzenou a nižšou, čím nižšia je hodnota napätia.
4, Pri menovitom napätí kotvy (Rd = 0) a poklese magnetického toku (Rw> 0) má charakteristika tvar 5 a čím nižší je magnetický tok, tým je prirodzené napätie vyššie a strmšie.
Jednosmerný motor so zmiešaným budením: Charakteristiky týchto motorov sú medzi charakteristikami motorov s paralelným a sériovým budením.
Keď sú sériové a paralelné budiace vinutia zapojené zhodne, motor so zmiešaným poľom má vyšší rozbehový moment v porovnaní s motorom s paralelným poľom. Pri opačnom zapnutí budiacich vinutí motor získa tuhú mechanickú charakteristiku. So zvyšujúcim sa zaťažením sa magnetický tok sériového vinutia zvyšuje a odpočítaný od toku paralelného vinutia znižuje celkový tok poľa. V tomto prípade rýchlosť otáčania motora nielenže neklesne, ale môže sa dokonca zvýšiť (obrázok 6.19). V každom prípade prítomnosť magnetického toku paralelného vinutia vylučuje režim "utekania" motora, keď je záťaž odstránená.
Zmiešaný budiaci motor
Motor zmiešaného budenia má dve budiace vinutia: paralelné a sériové (obr. 29.12, a). Rýchlosť tohto motora
, (29.17)
kde a sú toky paralelných a sériových vinutí poľa.
Znamienko plus zodpovedá koordinovanému zapnutiu budiacich vinutí (sčíta sa MDS vinutí). V tomto prípade s rastúcim zaťažením sa celkový magnetický tok zvyšuje (v dôsledku toku sériového vinutia), čo vedie k zníženiu otáčok motora. Pri opačnom zapnutí vinutí prúdenie stroja so zvyšujúcou sa záťažou demagnetizuje (znamienko mínus), čím sa naopak zvyšuje rýchlosť otáčania. V tomto prípade sa prevádzka motora stáva nestabilnou, pretože so zvyšujúcim sa zaťažením sa rýchlosť otáčania zvyšuje na neurčito. Pri malom počte závitov sériového vinutia sa však rýchlosť otáčania s rastúcim zaťažením nezvyšuje a zostáva prakticky nezmenená v celom rozsahu zaťaženia.
Na obr. 29.12, b sú znázornené prevádzkové charakteristiky motora so zmiešaným budením s koordinovaným zapínaním budiacich vinutí a na obr. 12,29, c - mechanické charakteristiky. Na rozdiel od mechanických charakteristík motora sekvenčného budenia má tento motor plochejší vzhľad.
Ryža. 29.12. Schéma motora so zmiešaným budením (a), jeho prevádzkových (b) a mechanických (c) charakteristík
Je potrebné poznamenať, že vo svojej forme charakteristiky motora so zmiešaným budením zaujímajú strednú polohu medzi zodpovedajúcimi charakteristikami paralelných a sériových budiacich motorov v závislosti od toho, v ktorom z budiacich vinutí (paralelné alebo sériové) dominuje MDF.
Motor so zmiešaným poľom má výhody oproti sériovému poľnému motoru. Tento motor môže byť nečinný, pretože tok paralelného vinutia obmedzuje otáčky motora v režime ohrevu vody. a eliminuje riziko „úteku“. Rýchlosť tohto motora môže byť riadená reostatom v obvode paralelného budiaceho vinutia. Prítomnosť dvoch vinutí poľa však robí motor so zmiešaným budením drahším v porovnaní s typmi motorov diskutovanými vyššie, čo trochu obmedzuje jeho použitie. Motory so zmiešaným budením sa zvyčajne používajú tam, kde sa vyžadujú značné rozbehové momenty, rýchle zrýchlenie počas zrýchlenia, stabilná prevádzka a je prípustné len mierne zníženie otáčok so zvýšením zaťaženia hriadeľa (valcovne, nákladné výťahy, čerpadlá, kompresory ).
49. Rozbehové a preťažené vlastnosti jednosmerných motorov.
Spustenie jednosmerného motora priamym pripojením na sieťové napätie je prípustné len pre motory s nízkym výkonom. V tomto prípade môže byť aktuálny vrchol na začiatku štartu rádovo 4-6 násobok nominálnej hodnoty. Priame spustenie jednosmerných motorov významného výkonu je úplne neprijateľné, pretože počiatočná prúdová špička sa tu bude rovnať 15 - 50-násobku menovitého prúdu. Preto sa štart motorov stredného a vysokého výkonu vykonáva pomocou štartovacieho reostatu, ktorý obmedzuje prúd pri štartovaní na hodnoty prípustné pre komutáciu a mechanickú pevnosť.
Štartovací reostat je vyrobený z drôtu alebo pásky s vysokým odporom, rozdelených na časti. Drôty sú pripojené k medeným tlačidlovým alebo plochým kontaktom v miestach prechodu z jednej časti do druhej. Medená kefa otočného ramena reostatu sa pohybuje pozdĺž kontaktov. Reostaty môžu mať aj iné konštrukcie. Budiaci prúd pri štarte motora s paralelným budením je nastavený zodpovedajúci bežnej prevádzke, budiaci obvod je pripojený priamo na sieťové napätie tak, aby nedochádzalo k poklesu napätia poklesom napätia na reostate (viď obr. 1).
Potreba mať normálny budiaci prúd je spôsobená tým, že pri štartovaní musí motor vyvinúť čo najväčší prípustný krútiaci moment Mem, ktorý je potrebný na zabezpečenie rýchlej akcelerácie. Jednosmerný motor sa spúšťa s postupným znižovaním odporu reostatu, zvyčajne pohybom páky reostatu z jedného pevného kontaktu reostatu na druhý a vypnutím sekcií; zníženie odporu je možné vykonať aj skratovaním sekcií so stýkačmi, ktoré sa spúšťajú podľa daného programu.
Pri manuálnom alebo automatickom štartovaní sa prúd mení z maximálnej hodnoty rovnajúcej sa 1,8 - 2,5 násobku nominálnej hodnoty na začiatku prevádzky pri danom odpore reostatu na minimálnu hodnotu rovnajúcu sa 1,1 - 1,5 násobku nominálnej hodnoty na konci r. prevádzky a pred prepnutím do inej polohy štartovacieho reostatu. Prúd kotvy po zapnutí motora s odporom reostatu rp je
kde Uc je sieťové napätie.
Po zapnutí sa motor začne zrýchľovať, pričom dochádza k spätnému EMF E a znižuje sa prúd kotvy. Ak zoberieme do úvahy, že mechanické charakteristiky n = f1 (Mn) a n = f2 (Iя) sú prakticky lineárne, potom pri zrýchlení dôjde k zvýšeniu rýchlosti otáčania podľa lineárneho zákona v závislosti od prúdu kotvy (obr. 1). ).
Ryža. 1. Schéma štartovania jednosmerného motora
Schéma rozbehu (obr. 1) pre rôzne odpory v obvode kotvy je segmentom lineárnych mechanických charakteristík. Keď prúd kotvy IЯ klesne na hodnotu Imin, sekcia reostatu s odporom r1 sa vypne a prúd sa zvýši na hodnotu
kde E1 - EMF v bode A charakteristiky; r1 je odpor sekcie, ktorá sa má vypnúť.
Potom motor opäť zrýchli do bodu B a tak ďalej až do dosiahnutia prirodzenej charakteristiky, kedy sa motor zapne priamo na napätie Uc. Štartovacie reostaty sú určené na ohrev pre 4-6 štartov za sebou, preto je potrebné dbať na to, aby na konci štartu bol štartovací reostat úplne odstránený.
Po zastavení sa motor odpojí od zdroja energie a štartovací reostat sa úplne zapne - motor je pripravený na ďalší štart. Aby sa vylúčila možnosť vzniku veľkého EMF samoindukcie, keď je budiaci obvod prerušený a keď je vypnutý, môže byť obvod uzavretý na vybíjací odpor.
V pohonoch s premenlivými otáčkami sa jednosmerné motory spúšťajú postupným zvyšovaním napätia zdroja energie tak, aby sa rozbehový prúd udržal v požadovaných medziach alebo zostal približne konštantný po väčšinu doby rozbehu. Poslednú možnosť je možné dosiahnuť automatickým riadením procesu zmeny napätia zdroja energie v systémoch so spätnou väzbou.
Štart a Stop MPT
Jeho priame pripojenie na sieťové napätie je prípustné len pre motory s nízkym výkonom. V tomto prípade môže byť aktuálny vrchol na začiatku štartu rádovo 4-6 násobok nominálnej hodnoty. Priame spustenie jednosmerných motorov významného výkonu je úplne neprijateľné, pretože počiatočná prúdová špička sa tu bude rovnať 15 - 50-násobku menovitého prúdu. Preto sa štart motorov stredného a vysokého výkonu vykonáva pomocou štartovacieho reostatu, ktorý obmedzuje prúd pri štartovaní na hodnoty prípustné pre komutáciu a mechanickú pevnosť.
Štart jednosmerného motora sa vykonáva s postupným znižovaním odporu reostatu, zvyčajne pohybom páky reostatu z jedného pevného kontaktu reostatu na druhý a vypnutím sekcií; zníženie odporu je možné vykonať aj skratovaním sekcií so stýkačmi, ktoré sa spúšťajú podľa daného programu.
Pri manuálnom alebo automatickom štartovaní sa prúd mení z maximálnej hodnoty rovnajúcej sa 1,8 - 2,5 násobku nominálnej hodnoty na začiatku prevádzky pri danom odpore reostatu na minimálnu hodnotu rovnajúcu sa 1,1 - 1,5 násobku nominálnej hodnoty na konci r. prevádzky a pred prepnutím do inej polohy štartovacieho reostatu.
Brzdenie je potrebný na skrátenie doby dobehu motorov, ktorá môže byť pri absencii brzdenia neprijateľne dlhá, ako aj na upevnenie poháňaných mechanizmov v určitej polohe. Mechanické brzdenie Jednosmerné motory sa zvyčajne vyrábajú umiestnením brzdových doštičiek na brzdovú kladku. Nevýhodou mechanických bŕzd je, že brzdný moment a čas brzdenia závisia od náhodných faktorov: vniknutie oleja alebo vlhkosti na brzdovú kladku a iné. Preto sa takéto brzdenie používa vtedy, keď nie je obmedzený čas a brzdná dráha.
V niektorých prípadoch je možné po predbežnom elektrickom brzdení pri nízkej rýchlosti presne zastaviť mechanizmus (napríklad výťah) v danej polohe a zafixovať jeho polohu na určitom mieste. Takéto brzdenie sa používa aj v núdzových situáciách.
Elektrické brzdenie poskytuje dostatočne presný príjem požadovaného brzdného momentu, ale nedokáže zabezpečiť fixáciu mechanizmu v danom mieste. Preto je elektrické brzdenie v prípade potreby doplnené o mechanické brzdenie, ktoré nastáva po skončení elektrického.
Elektrické brzdenie nastáva, keď prúd tečie podľa EMF motora. K dispozícii sú tri typy brzdenia.
Brzdenie jednosmerných motorov s návratom energie do siete. V tomto prípade musí byť EMF E väčšie ako napätie zdroja energie UС a prúd bude prúdiť v smere EMF, čo je prúd režimu generátora. Uložená kinetická energia sa premení na elektrickú energiu a čiastočne sa vráti do siete. Schéma zapojenia je znázornená na obr. 2, a.
Ryža. 2. Schémy elektrického brzdenia jednosmerných motorov: I - s návratom energie do siete; b - s opozíciou; c - dynamické brzdenie
Brzdenie jednosmerným motorom je možné vykonať pri poklese napájacieho napätia tak, že Uc< Е, а также при спуске грузов в подъемнике и в других случаях.
Brzdenie pri protismere vykonávané prepnutím rotujúceho motora do opačného smeru otáčania. V tomto prípade sa pridajú EMF E a napätie Uc v kotve a na obmedzenie prúdu I by sa mal zapnúť odpor s počiatočným odporom.
kde Imax je najvyšší prípustný prúd.
Brzdenie je spojené s veľkými stratami energie.
Dynamické brzdenie jednosmerných motorov sa vykonáva, keď je odpor rт pripojený na svorky rotujúceho budeného motora (obr. 2, c). Uložená kinetická energia sa premení na elektrickú energiu a rozptýli sa v okruhu kotvy ako teplo. Toto je najbežnejší spôsob brzdenia.
Obvody na zapnutie jednosmerného motora paralelného (nezávislého) budenia: a - obvod na zapnutie motora, b - obvod na zapnutie pri dynamickom brzdení, c - obvod proti.
Prechodné procesy v MPT
Vo všeobecnom prípade sa prechodové procesy v elektrickom obvode môžu vyskytnúť, ak obvod obsahuje indukčné a kapacitné prvky, ktoré majú schopnosť akumulovať alebo uvoľňovať energiu magnetického alebo elektrického poľa. V momente spínania, kedy sa začína prechodový proces, dochádza k redistribúcii energie medzi indukčnými, kapacitnými prvkami obvodu a externými zdrojmi energie zapojenými do obvodu. V tomto prípade sa časť energie nenávratne premení na iné druhy energie (napríklad na tepelnú energiu na aktívnom odpore).
Po skončení prechodného procesu sa nastolí nový ustálený stav, ktorý je určený len vonkajšími zdrojmi energie. Pri odpojení vonkajších zdrojov energie môže dôjsť k prechodnému procesu v dôsledku energie elektromagnetického poľa nahromadenej pred nástupom prechodového režimu v indukčných a kapacitných prvkoch obvodu.
Zmeny v energii magnetických a elektrických polí nemôžu nastať okamžite, a preto procesy nemôžu nastať okamžite v momente prepínania. Prudká (okamžitá) zmena energie v indukčnom a kapacitnom prvku totiž vedie k potrebe mať nekonečne vysoké výkony p = dW / dt, čo je prakticky nemožné, pretože v skutočných elektrických obvodoch nekonečne vysoký výkon neexistuje.
Prechodné procesy teda nemôžu nastať okamžite, pretože v zásade nie je možné okamžite zmeniť energiu nahromadenú v elektromagnetickom poli obvodu. Teoreticky prechodné procesy končia v čase t → ∞. V praxi sú prechodné procesy rýchle a ich trvanie je zvyčajne zlomky sekundy. Keďže energia magnetických W M a elektrických polí W E je opísaná výrazmi
potom sa prúd v induktore a napätie cez kapacitu nemôžu okamžite zmeniť. Na tom sú založené zákony komutácie.
Prvý komutačný zákon hovorí, že prúd vo vetve s indukčným prvkom má v počiatočnom okamihu po komutácii rovnakú hodnotu, akú mal tesne pred komutáciou a potom sa od tejto hodnoty začne plynulo meniť. Vyššie uvedené sa zvyčajne píše v tvare i L (0 -) = i L (0 +), za predpokladu, že prepnutie nastane okamžite v okamihu t = 0.
Druhým spínacím zákonom je, že napätie na kapacitnom prvku má v počiatočnom momente po prepnutí rovnakú hodnotu, akú malo bezprostredne pred prepnutím a následne sa od tejto hodnoty začne plynulo meniť: UC (0 -) = UC (0 + )...
V dôsledku toho je prítomnosť vetvy s indukčnosťou v obvode zapnutom pod napätím ekvivalentná prerušeniu obvodu v tomto mieste v momente spínania, pretože i L (0 -) = i L (0 +). Prítomnosť vetvy obsahujúcej vybitý kondenzátor v obvode zapnutom pod napätím je ekvivalentná skratu v tomto mieste v momente spínania, pretože U C (0 -) = U C (0 +).
V elektrickom obvode sú však možné napäťové rázy na induktoroch a prúdy na kondenzátoroch.
V elektrických obvodoch s odporovými prvkami sa energia elektromagnetického poľa neukladá, v dôsledku čoho v nich nedochádza k prechodovým procesom, t.j. v takýchto obvodoch sa stacionárne režimy zavedú okamžite, skokom.
V skutočnosti má akýkoľvek prvok obvodu nejaký odpor r, indukčnosť L a kapacitu C, t.j. v reálnych elektrických zariadeniach dochádza k tepelným stratám v dôsledku prechodu prúdu a prítomnosti odporu r, ako aj magnetických a elektrických polí.
Prechodové procesy v skutočných elektrických zariadeniach je možné urýchliť alebo spomaliť výberom vhodných parametrov obvodových prvkov, ako aj použitím špeciálnych zariadení.
52. Magnetohydrodynamické jednosmerné stroje. Magnetická hydrodynamika (MHD) je oblasť vedy, ktorá študuje zákonitosti fyzikálnych javov v elektricky vodivých kvapalných a plynných prostrediach, keď sa pohybujú v magnetickom poli. Na týchto javoch je založený princíp činnosti rôznych magnetohydrodynamických (MHD) jednosmerných a striedavých strojov. Niektoré stroje MHD nachádzajú uplatnenie v rôznych oblastiach techniky, zatiaľ čo iné majú významné vyhliadky do budúcnosti. Nižšie sú uvedené princípy konštrukcie a prevádzky jednosmerných strojov MHD.
Elektromagnetické čerpadlá na tekuté kovy
Obrázok 1. Princíp jednosmerného elektromagnetického čerpadla
V jednosmernom prúdovom čerpadle (obrázok 1) je kanál 2 s tekutým kovom umiestnený medzi pólmi elektromagnetu 1 a pomocou elektród 3 privarených k stenám kanála prechádza cez tekutý kov jednosmerný prúd z externého zdroja. Pretože prúd do tekutého kovu je v tomto prípade dodávaný vodivými prostriedkami, takéto čerpadlá sa tiež nazývajú vodivé.
Keď pole pólov interaguje s prúdom v tekutom kove, na kovové častice pôsobia elektromagnetické sily, vzniká tlak a tekutý kov sa začne pohybovať. Prúdy v tekutom kove skresľujú pole pólov ("odozva kotvy"), čo znižuje účinnosť čerpadla. Preto sú vo výkonných čerpadlách medzi pólové nástavce a kanál umiestnené zbernice ("kompenzačné vinutie"), ktoré sú zapojené do série s prúdovým obvodom kanála v opačnom smere. Budiace vinutie elektromagnetu (nie je znázornené na obrázku 1) je zvyčajne zapojené do série s obvodom kanálového prúdu a má iba 1 - 2 závity.
Použitie kondukčných čerpadiel je možné pre nízkokorozívne tekuté kovy a pri takých teplotách, kedy steny kanálov môžu byť vyrobené z kovov odolných voči teplu (nemagnetická nehrdzavejúca oceľ a pod.). Inak sú vhodnejšie AC indukčné čerpadlá.
Čerpadlá opísaného typu začali nachádzať uplatnenie okolo roku 1950 na výskumné účely a v zariadeniach s jadrovými reaktormi, v ktorých sa na odvod tepla z reaktorov používajú tekuté kovové nosiče: sodík, draslík, ich zliatiny, bizmut a iné. Teplota tekutého kovu v čerpadlách je 200 - 600 °C, v niektorých prípadoch až 800 °C. Jedno z vyrábaných čerpadiel na sodík má tieto konštrukčné údaje: teplota 800°C, dopravná výška 3,9 kgf/cm², prietok 3670 m³/h, užitočný hydraulický výkon 390 kW, prúd 250 kA, napätie 2,5 V, príkon 625 kW, účinnosť 62,5 %. Ďalšie charakteristické údaje tohto čerpadla: prierez kanála 53 × 15,2 cm, rýchlosť prúdenia v kanáli 12,4 m/s, dĺžka aktívneho kanála 76 cm.
Výhodou elektromagnetických čerpadiel je, že nemajú žiadne pohyblivé časti a dráhu tekutého kovu je možné utesniť.
Jednosmerné čerpadlá vyžadujú na dodávanie energie zdroje s vysokým prúdom a nízkym napätím. Usmerňovacie jednotky sú málo použiteľné na napájanie výkonných čerpadiel, pretože sú objemné a majú nízku účinnosť. Unipolárne generátory sú v tomto prípade vhodnejšie, viď článok "Špeciálne typy generátorov a DC / DC meniče".
Plazmové raketové motory
Uvažované elektromagnetické čerpadlá sú druhom jednosmerných motorov. Takéto zariadenia sú v princípe vhodné aj na zrýchľovanie, zrýchľovanie alebo pohyb plazmy, teda vysokoteplotne (2000 - 4000 °C a viac) ionizovaného a teda elektricky vodivého plynu. V tomto smere ide o vývoj prúdových plazmových motorov pre vesmírne rakety, pričom úlohou je získať rýchlosti výtoku plazmy až do 100 km/s. Takéto motory nebudú mať veľkú prítlačnú silu, a preto budú vhodné na prevádzku mimo planét, kde sú slabé gravitačné polia; majú však tú výhodu, že hmotnostný prietok látky (plazmy) je malý. Elektrická energia potrebná na ich napájanie sa má získavať pomocou jadrových reaktorov. Pre jednosmerné plazmové motory je zložitým problémom vytvorenie spoľahlivých elektród na dodávanie prúdu do plazmy.
Magnetohydrodynamické generátory
Stroje MHD, ako všetky elektrické stroje, sú reverzibilné. Najmä zariadenie zobrazené na obrázku 1 môže tiež fungovať ako generátor, ak ním prechádza vodivá kvapalina alebo plyn. V tomto prípade je vhodné mať nezávislé vzrušenie. Generovaný prúd sa odoberá z elektród.
Na tomto princípe sa stavajú elektromagnetické prietokomery na vodu, roztoky zásad a kyselín, tekuté kovy a pod. Elektromotorická sila na elektródy je úmerná rýchlosti pohybu alebo prietoku kvapaliny.
MHD generátory sú zaujímavé z hľadiska vytvárania výkonných elektrických generátorov na priamu premenu tepelnej energie na elektrickú energiu. Na to je potrebné cez zariadenie v tvare znázornenom na obrázku 1 prejsť vodivou plazmou rýchlosťou asi 1000 m/s. Takáto plazma sa dá získať spaľovaním konvenčného paliva, ako aj zahrievaním plynu v jadrových reaktoroch. Na zvýšenie vodivosti plazmy sa do nej môžu pridávať malé prísady ľahko ionizovateľných alkalických kovov.
Elektrická vodivosť plazmy pri teplotách rádovo 2000 – 4000 °C je relatívne nízka (odpor je asi 1 Ohm × cm = 0,01 Ohm × m = 104 Ohm × mm² / m, to znamená, že je asi 500 000-krát vyšší ako z medi). Napriek tomu vo výkonných generátoroch (asi 1 milión kW) je možné získať prijateľné technické a ekonomické ukazovatele. Vyvíjajú sa aj generátory MHD s tekutou kvapalinou na obrábanie kovov.
Pri vytváraní plazmových MHD DC generátorov vznikajú ťažkosti s výberom materiálov pre elektródy a s výrobou spoľahlivých stien kanálov. V priemyselných inštaláciách je tiež výzvou premeniť relatívne nízkonapäťový jednosmerný prúd (niekoľko tisíc voltov) a vysoký výkon (stovky tisíc ampérov) na striedavý prúd.
53. Unipolárne stroje. Prvý lary generátor vynašiel Michael Faraday. Podstata efektu objaveného Faradayom spočíva v tom, že pri rotácii disku v priečnom magnetickom poli pôsobí na elektróny v disku Lorentzova sila, ktorá ich vytláča do stredu alebo na okraj v závislosti od smeru poľa resp. rotácia. V dôsledku toho vzniká elektromotorická sila a cez zberné kefky, ktoré sa dotýkajú osi a obvodu disku, je možné odoberať značný prúd a výkon, hoci napätie je malé (zvyčajne zlomok voltu). Neskôr sa zistilo, že vzájomné otáčanie disku a magnetu nie je potrebné. Dva magnety a vodivý kotúč medzi nimi rotujúce spolu tiež ukazujú prítomnosť unipolárneho indukčného efektu. Magnet z elektricky vodivého materiálu pri otáčaní môže fungovať aj ako unipolárny generátor: sám o sebe je diskom, z ktorého sa kefami odstraňujú elektróny, a zároveň je zdrojom magnetického poľa. V tomto ohľade sa princípy unipolárnej indukcie vyvíjajú v rámci koncepcie pohybu voľných nabitých častíc vo vzťahu k magnetickému poľu a nie vo vzťahu k magnetom. Magnetické pole sa v tomto prípade považuje za stacionárne.
Spory o takýchto strojoch trvali dlho. Fyzici, ktorí popierali existenciu éteru, nedokázali pochopiť, že pole je vlastnosťou „prázdneho“ priestoru. To je správne, keďže „priestor nie je prázdny“, je v ňom éter a práve on poskytuje prostredie pre existenciu magnetického poľa, voči ktorému sa magnety aj disk otáčajú. Magnetické pole možno chápať ako uzavretý tok éteru. Preto nie je potrebné vzájomné otáčanie kotúča a magnetu.
V Teslových prácach, ako sme už uviedli, boli vykonané vylepšenia obvodu (veľkosť magnetov sa zväčšila a disk je segmentovaný), čo umožňuje vytvárať samorotujúce unipolárne stroje Tesla.
Budiace vinutie je pripojené k nezávislému zdroju. Výkon motora je rovnaký ako výkon motora s permanentným magnetom. Rýchlosť otáčania je riadená odporom v okruhu kotvy. Je tiež regulovaný reostatom (riadiaci odpor) v obvode budiaceho vinutia, ale pri nadmernom poklese jeho hodnoty alebo pri prerušení sa prúd kotvy zvyšuje na nebezpečné hodnoty. Samostatne budené motory sa nesmú spúšťať pri voľnobežných otáčkach alebo pri malom zaťažení hriadeľa. Rýchlosť otáčania sa dramaticky zvýši a motor sa poškodí.
Nezávislý budiaci obvod
Zvyšné obvody sa nazývajú samobudiace obvody.
Paralelné budenie
Rotor a budiace vinutia sú pripojené paralelne k rovnakému zdroju napájania. Pri tomto zapojení je prúd cez budiace vinutie niekoľkonásobne menší ako cez rotor. Charakteristiky elektromotorov sú tvrdé, čo umožňuje ich použitie na pohon strojov a ventilátorov.
Regulácia rýchlosti otáčania je zabezpečená pripojením reostatov k okruhu rotora alebo sériovo s budiacim vinutím.
Paralelný budiaci obvod
Sekvenčné vzrušenie
Budiace vinutie je zapojené do série s kotvou, preteká nimi rovnaký prúd. Otáčky takého motora závisia od jeho zaťaženia, nemožno ho zapnúť na voľnobežné otáčky. Má však dobré štartovacie vlastnosti, takže sériový budiaci obvod sa používa v elektrifikovaných vozidlách.
Sekvenčný budiaci obvod
Zmiešané vzrušenie
V tejto schéme sa používajú dve vinutia poľa umiestnené v pároch na každom z pólov elektromotora. Môžu byť prepojené tak, že ich toky sa buď sčítajú alebo odčítajú. Výsledkom je, že motor môže mať charakteristiky sériového alebo paralelného budiaceho obvodu.
Schéma zmiešaného budenia
Na zmenu smeru otáčania zmeniť polaritu jedného z vinutí poľa. Na riadenie rozbehu elektromotora a rýchlosti jeho otáčania sa používa stupňovité prepínanie odporov
33. Charakteristický dpt s nezávislým budením.
Jednosmerný motor nezávislého budenia (DC motor NV) V tomto motore (obrázok 1) je budiace vinutie pripojené k samostatnému zdroju energie. V obvode budiaceho vinutia je zahrnutý nastavovací reostat r reg a v obvode kotvy je zahrnutý prídavný (štartovací) reostat R p. Charakteristickým znakom DCP NV je jeho budiaci prúd som v nezávislé od prúdu kotvy ja i keďže napájanie budiaceho vinutia je nezávislé.
Schéma jednosmerného motora nezávislého budenia (DPT NV)
Obrázok 1
Mechanická charakteristika jednosmerného motora s nezávislým budením (dpt NV)
Rovnica mechanických charakteristík jednosmerného motora nezávislého budenia má tvar
kde: n 0 - otáčky motora pri voľnobehu. Δn - zmena otáčok motora pôsobením mechanického zaťaženia.
Z tejto rovnice vyplýva, že mechanické charakteristiky nezávislého budiaceho jednosmerného motora (DCM NV) sú priamočiare a pretínajú ordinátu v bode voľnobehu n 0 (obrázok 13.13 a), pričom zmena otáčok motora Δn, v dôsledku zmeny jeho mechanického zaťaženia, v pomere k odporu obvodu kotvy R a = ∑R + R ext. Preto pri najmenšom odpore obvodu kotvy R a = ∑R, keď Rext = 0 , zodpovedá najmenšiemu poklesu rýchlosti Δn... V tomto prípade sa mechanická charakteristika stáva tuhou (graf 1).
Mechanické charakteristiky motora získané pri nominálnych hodnotách napätia na kotve a vinutí poľa a pri absencii dodatočných odporov v obvode kotvy sa nazývajú prirodzené(graf 7).
Ak aspoň jeden uvedených parametrov motora sa zmení (napätie na kotve alebo budiacich vinutiach sa líši od nominálnych hodnôt, alebo sa zmení odpor v obvode kotvy zavedením Rext), potom sa nazývajú mechanické charakteristiky umelé.
Umelé mechanické charakteristiky získané zavedením dodatočného odporu R pridaného do obvodu kotvy sa tiež nazývajú reostat (grafy 7, 2 a 3).
Pri posudzovaní regulačných vlastností jednosmerných motorov majú najväčší význam mechanické vlastnosti. n = f (M)... Pri konštantnom momente zaťaženia hriadeľa motora so zvýšením odporu odporu Rext rýchlosť klesá. Odpor odporu Rext na získanie umelej mechanickej charakteristiky zodpovedajúcej požadovanej rýchlosti otáčania n pri danom zaťažení (zvyčajne nominálnom) pre motory s nezávislým budením:
kde U je napájacie napätie obvodu kotvy motora, V; I I - prúd kotvy zodpovedajúci danému zaťaženiu motora, A; n je požadovaná rýchlosť, otáčky za minútu; n 0 - voľnobežné otáčky, ot./min.
Voľnobežné otáčky n 0 sú hraničné otáčky, pri prekročení motor prejde do režimu generátora. Táto rýchlosť presahuje nominálnu hodnotu nžiadne M pokiaľ menovité napätie U nom dodávané do obvodu kotvy presahuje EMF kotvy Eja som nom pri menovitom zaťažení motora.
Tvar mechanických charakteristík motora je ovplyvnený veľkosťou hlavného magnetického poľa budenia. F... Pri znižovaní F(so zvýšením odporu rezistora r peg) sa zvýšia voľnobežné otáčky motora n 0 a rozdiel otáčok Δn. To vedie k výraznej zmene tuhosti mechanických charakteristík motora (obr. 13.13, b). Ak zmeníme napätie na vinutí kotvy U (s konštantnými R ext a R reg), zmení sa n 0 a Δn zostane nezmenené [pozri. (13.10)]. V dôsledku toho sa mechanické charakteristiky posúvajú pozdĺž ordináty a zostávajú navzájom rovnobežné (obr. 13.13, c). To vytvára najpriaznivejšie podmienky pre reguláciu otáčok motorov zmenou napätia. U dodávané ku kotevnej reťazi. Tento spôsob regulácie otáčok je najrozšírenejší vďaka vývoju a širokému používaniu nastaviteľných tyristorových meničov napätia.
