Б20 (Шпоры к экзамену по элтеху (теория))

20. Устройство, принцип действия генератора постоянного тока. Схема замещения цепи якоря,
уравнение электрического состояния. Формулы Э.Д.С. и электромагнитного момента

Допустим, что якорь машины приведен во вращение двигате­лем в направлении движения часовой стрелки с постоянной угловой скоростью Q, обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного напряжения, а внешняя цепь отклю­чена от якоря. При вращении якорной обмотки ее проводники будут пересекать магнитные линии поля статора и в них по за­кону электромагнитной индукции наведется ЭДС е = B_nW, где В_п - нормальная составляющая магнитной индукции в воз­душном зазоре; / - активная длина проводника; V - линейная скорость. Направление ЭДС в проводниках может быть опреде­лено по правилу правой руки. Применяя это правило в рассмат­риваемом случае, можно убедиться, что направление ЭДС e_t - е₃ во всех проводниках, движущихся в зоне северного полю­са, будет одинаковым - от переднего торца якоря к заднему (обозначено знаком креста). В проводниках, движущихся в зо­не южного полюса, ЭДС будет направлена от заднего торца якоря к переднему (е₄-е_б) (обозначено знаком точки) (см. рис. 2.5, а). В момент перехода активных проводников через гео­метрическую нейтраль (ГН на рис. 2.5, б) ЭДС в них наводиться не будет, так как здесь нормальная составляющая магнитной индукции равна нулю. Следовательно, при вращении якоря в его проводниках, перемещающихся из зоны одного полюса в зону другого полюса, наводятся переменные ЭДС.

Обмотка якоря представляет собой замкнутый контур. Од­нако ток в контуре не возникает, так как алгебраическая сум­ма мгновенных значений ЭДС всех последовательно соединен­ных проводников обмотки равна нулю: обмотка выполняется с равным количеством проводников под каждым полюсом, магнитные потоки полюсов одинаковы, полярность полюсов чередуется. Если установить неподвижные щетки для осуще­ствления скользящего контакта с проводниками, проходящими геометрические нейтрали, то между щетками всегда будут на­ходиться проводники обмотки с одинаково направленными ЭДС, сумма которых максимальна и постоянна.

Если к зажимам якоря подключить приемник, то ЭДС якоря вызовет в цепи ток, направленный так же, как и вызвавшая его ЭДС. Проводники обмотки якоря, в которых возник ток, нахо­дятся в магнитном поле, поэтому в соответствии с законом Ампера возникают электромагнитные силы, приложенные к якорю. По правилу левой руки найдем, что электромагнитные силы создают момент, противодействующий вращению якоря (см. рис. 2.5, а). При постоянной скорости якоря Q, вращающий момент приводного двигателя равен противодействующему электромагнитному моменту генератора: М_вр = М_эм. Таким об-•азом, для производства электрической энергии необходимо затрачивать механическую энергию.

В соответствии со схемой замещения цепи якоря генератора (рис. 2.6) запишем уравнение электрического состояния для цепи якоря

Е = U+ R_ЯI_Я. (2.2)

Умножив это выражение на /_я, получим уравнение баланса мощностей цепи якоря

(2.3)

Электромагнитный момент машины

(2.9)

где - электромагнитная мощность.

Подставив выражение (2.8) для Е в (2.9), получим

(2.10)

Обозначив , получим

(2.10а)

Таким образом, электромагнитный момент машины постоян­ного тока пропорционален магнитному потоку полюса и току якоря. Он является тормозящим в генераторе и вращающим в двигателе.

Направление вращения якоря двигателя можно изменить на обратное, изменив направление вращающего момента. Из формулы (2. 10 а) следует, что его знак изменится, если изме­нится направление тока в якоре или направление магнитных потоков полюсов.