Электрические машины

Электрические машины.

Принцип действия, основные узлы.

Электрическая машина – электрическое механическое устройство для взаимного преобразования электрической и механической энергий, в основе работы лежат законы электромагнитной индукции и силы.

Если в магнитном поле перемещать проводник таким образом, чтобы он пересекал силовые линии, то в проводнике будет возникать ЭДС. Любая машина состоит из подвижной и неподвижной частей. Одна из этих частей создаёт магнитное поле, а на другой расположена электропроводящая среда (как правило, обмотка). Если к электрической машине приложить механическое усилие, то подвижная часть начнёт перемещаться (как правило, вращаться). В проводниках обмотки вследствие пересечения ими силовых линий будет наводиться ЭДС, если подсоединить нагрузку, то появится ток (такая машина – генератор).

Взаимодействие протекающего тока в обмотке с магнитным полем вызовет электромагнитную силу, которая будет направлена навстречу ЭДС. В состоянии равновесия эти силы равны. Если к обмотке электрической машины подключить источник, то протекающий ток, совместно с магнитным полем, создаст электромагнитную силу, приложенную к проводникам. Эта сила приведёт в движение подвижные части двигателя, эта машина – двигатель. В любой машине электромагнитные преобразования происходят в активной части, где расположена обмотка. Она может быть в подвижной и неподвижной части.

Любая машина может быть и генератором и двигателем. Признак обратимости – наведённая в обмотке ЭДС.

Для электромагнитного преобразования энергии необходимо устройство, создающее первичное поле, и среда, по которой замыкается электрический ток (обмотка, электропроводящая среда) и взаимное перемещение. В активной зоне возникает ЭДС и электромагнитная сила. Все электрические машины обратимые.

Основные узлы.

Индуктор – устройство, создающее первичное поле.

Якорь – активная зона, в которой происходит преобразование электромагнитной энергии.

Статор – неподвижная часть машины.

Ротор – вращающаяся часть машины.

Магнитная цепь – основные участки, по которым замыкается основной магнитный поток.

Электрическая цепь – обмотка, контакты и среды, по которым протекает электрический ток.

Разделение машин на генераторы и двигатели является принципиальным. Классификацию осуществляют по принципу работы, в основе которого лежит и конструкция электрической машины.

Машины бывают бесконтактными и контактными (коллекторные). К бесконтактным относятся машины переменного тока (асинхронные АМ; и синхронные машины СМ). В зависимости от числа фаз различают 3-х фазные, 2-х фазные и однофазные (конденсаторные). Асинхронные бывают с фазным ротором и короткозамкнутым. Синхронные с возбуждением от постоянных магнитов и электромагнитов. Коллекторные машины питаются в основном от источника постоянного тока. Применяются универсальные машины, которые питаются от постоянного и переменного тока.

Машины постоянного тока, простейшая модель, принцип работы. Энергетические соотношения.

Индуктор в модели представлен магнитами, он создаёт неподвижное в пространстве и неизменное во времени первичное поле. Активная часть представлена одним контуром с активными проводниками a и b, которые подпаяны к полукольцам. По полукольцам скользят щетки А и В.В активных проводниках будет индуцироваться ЭДС, направление которой можно определить с помощью правила правой руки. , . ЭДС будет переменной, изменять своё направление, проходя через линию нейтрали.

Во внешней цепи напряжение неизменно.

Если к клеммам щёток подключить нагрузку, то в контуре витка появится ток, совпадающий по форме с I. Во всей цепи с Е коллектор выполняет функцию механического выпрямления при работе двигателя в качестве генератора. , - сопротивление обмотки в режиме генератора.

Вращение осуществляется под действием внешнего момента. Протекающий ток в обмотке создаёт , направление которой определяется с помощью правила левой руки. Эта сила неизменна по направлению, так как ток под полем неизменен. , где - диаметр якоря. направлен навстречу внешнего момента. Подключили к обмотке напряжение, по обмотке потёк ток.

Машина вращается в сторону, как будто она генератор.

ЭМ момент не меняет своего направления по причине коммутатора, который постоянный ток во внешней цепи преобразует в переменный. .

, - момент сопротивления (трение в подшипнике и т.д.). ; , уходит на преодоление мощности сопротивления.

Конструкция реального двигателя.

Якорь набирается из отдельных листов электротехнической стали. В пазы укладывается многосекционная обмотка якоря. В машинах малой мощности индуктор полностью набирается из листов электротехнической стали. При вращении якоря ток под полюсом всегда неизменен. Ток на линии нейтрали всегда коммутирует.

Двигатель: коллектор преобразовывает из постоянного в переменный ток (работает как инвертор) момент на валу постоянен.

Генератор: коллектор – выпрямитель.

Параллельных ветвей может быть несколько. Ток, протекающий по обмотке якоря, создаёт поток якоря. Поток реакций якоря направлен под прямым углом к потоку возбуждения. Поток реакции якоря искажает поток возбуждения. Это приводит к тому, что значение индукции равно 0 смещается на линию физической нейтрали в коммутируемой секции наводится ещё и ЭДС вращения, то есть ухудшается коммутация.