23

Введение.

Электрические машины – это устройства для взаимного преобразования электрической и механической энергии.

Классификация электрических машин.

Преобразование энергий в электрических машинах.

В основе принципа действия электрических машин лежит 2 закона.

1.Закон АМПЕРА: где F – электромагнитная сила [Н], B – магнитная индукция [Тл], I – сила тока [А], l – длинна проводника [м]

Этот закон лежит в основе действия двигателей

2.Закон ФАРАДЕЯ: где Е – ЭДС (электродвижущая сила) [В],

- скорость [м/с], l – длинна проводника [м].

Тока без ЭДС не бывает, а ЭДС без тока может быть. Для возникновения тока необходима замкнутая цепь.

Преобразование механической энергии в электрическую.

Если под действием механической силы проводник движется со скоростью , то в нём наводится ЭДС направление которой направление которой определяется правилом правой руки. При замыкании проводника на потребитель потечёт ток (I). Со стороны МП (магнитное поле) на проводник начинает действовать электромагнитная сила . Если проводник движется равномерно, то электромагнитная и электромеханическая силы равны .

Для определения направления ЭДС следует воспользоваться правилом «правой руки» (рис. В.2, а). Применив это правило определим направление ЭДС в проводнике (от нас). Если концы проводника замкнуты на внешнее сопротивление (потребитель), то под действием ЭДС в проводнике возникнет ток такого же направле­ния. Таким образом, проводник в магнитном поле можно рассматри­вать в этом случае как элементар­ный генератор.

Преобразование электрической энергии в механическую.

Если по проводнику протекает ток (I), то на него действует электромагнитная сила (F_ЭМ)

, под действием которой он начинает двигаться со скоростью , однако, при его движении в магнитном поле в нём наводится ЭДС направленное навстречу протекающему току (противо ЭДС).

Применив 2-й и 3-й закон Кирхгофа можно записать:

r – сопротивление проводника.

Машины постоянного тока (МПТ).

Общие вопросы (МПТ):

Между полюсами N и S постоянного магнита находится вращающаяся часть генератора – якорь, вал которого связан с неким механическим приводом.

В якоре расположена рамка (a, b, c, d) концы которой подключены к двум изолированным друг от друга медным полукольцам, которые образуют простейший коллектор.

На коллектор наложены щётки А и В , которые осуществляют скользящий контакт рамки с внешней цепью. Назначение коллектора – преобразовывать переменный ток в постоянный.

Обмотки машин постоянного тока (МПТ).

1.Обмотки возбуждения (ОВ).

Каркасная или бескаркасная катушка размещенная на сердечниках главных полюсов и предназначенная для создания основного магнитного потока.

2.Обмотка якоря (ОЯ).

Замкнутая система проводников определённым образом уложенная в пазы якоря и подключенная к коллекторным пластинам.

3.Секция.

Элемент обмотки якоря. Секция м.б. одновитковой и многовитковой.

Полюсное деление.

Часть поверхности якоря , которая приходится на один полюс.

D – диаметр, p – число пар полюсов.

τ – полюсное деление Геометрическая нейтраль где E(ЭДС) = 0

Для того чтобы ЭДС(Е) была направлена в одну сторону и складывалась в активных сторонах секции необходимо, чтобы активные стороны находились под разными полюсами т.е. ширина секции д.б. равна полюсному делению.

В одном пазу находятся активные стороны разных секций для того, чтобы секции находились в равных магнитных условиях выполняется следующее равенство: S = Z = K.

Где S – количество секций; Z – количество пазов; K – количество коллекторных пластин.

По конфигурации секции и способу их укладки в пазы обмотки якоря бывают:

1. простая петлевая;

2. сложная петлевая;

3. простая волновая;

4. сложная волновая;

5. комбинированная (лягушачья).

Простая петлевая обмотка.

На схемах обмотки изображают в развёрнутом виде. В простой петлевой обмотке якоря каждая секция присоединена к 2-м рядом расположенным коллекторным пластинам. При укладке секции на сердечнике якоря начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей, постепенно перемещаясь при этом по поверхности якоря, тем самым, за один обход якоря укладываются все секции и конец последней по обходу секции соединяется с началом первой.

Группа секций между двумя щётками в которых ЭДС(Е) направлены одинаково и складываются образуют параллельную ветвь. Каждая ветвь может рассматриваться как самостоятельный источник ЭДС и она определяет ЭДС генератора в целом. Число параллельных ветвей определяет величину токовой нагрузки генератора. Для простой петлевой обмотки число параллельных ветвей (2а) равняется (2р – пара полюсов) т.е. 2а = 2р.

Простая волновая обмотка.

Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций находящихся под разными парами полюсов. Концы секций присоединены к коллекторным пластинам удалённым друг от друга на расстоянии шага обмотки по коллектору:

шаг обмотки по коллектору.

За один обход по якорю укладывается столько секций сколько полюсов имеет машина, причём, конец последней по обходу секции присоединяется к коллекторной пластине, которая находится слева от исходной (первой по обходу).

Для простой волновой обмотки: 2а = 2

ЭДС обмотки якоря.

Все величины связанные с якорем имеют индекс (а) => E_a, r_a

где - постоянный для данной машины коэффициент (зависит от конструкции)

n – скорость вращения (об/мин);

а – параллельная ветвь (в якоре);

Ф – магнитный поток;

N – общее число активных проводников.

Реакция якоря в МПТ.

Влияние магнитного потока якоря на работу машины постоянного тока называется

– реакцией якоря.

Реакция якоря отрицательно влияет на работу машины:

1.Искажается общее магнитное поле т.е резко ослабевает под набегающими краями полюсов и резко усиливается под сбегающими краями.

2.Из-за появления индукции на геометрической нейтрали коммутируемые секции находятся под напряжением и под щётками протекает дополнительный ток коммутации, вызывающий сильное искрение.

3.Из-за большой магнитной индукции под сбегающими краями возникают перенапряжения, приводящие к дополнительному искрению.

4.Общее Магнитное Поле машины ослабевает.

Меры по уменьшению вредного влияния реакции якоря.

1.Для машин мощностью менее 0,5кВт щётки смещают с геометрической нейтрали на физическую (для генераторов – по направлению вращения, для двигателей – против направления вращения).

2.Сердечники магнитных полюсов изготавливают из специальной анизотропной стали.

3.Для компенсации магнитной индукции на геометрической нейтрали применяют дополнительные полюса, обмотка возбуждения которых включена последовательно с якорем. Таким образом, чтобы магнитный поток был направлен к встречному магнитному потоку реакции якоря.

Двигатели постоянного тока (ДПТ).

Принцип действия. Определения.

Особенности двигателей зависят от способа возбуждения двигателя т.е. способ возбуждения указывает на то, как подключена обмотка возбуждения по отношению к обмотке якоря.

Р исунок:

Независимое возбуждение Параллельное возбуждение. Последовательное возбуждение.

Смешанное возбуждение. ОВ – Обмотка возбуждения; Я - Якорь

По статору: У последовательной обмотки рисуют 3 витка, а у параллельной и независимой – 4 витка.

Есть возбуждение от постоянных магнитов.

При подаче напряжения по обмотке возбуждения протекает ток, создавая основной магнитный поток двигателя.

По обмотке якоря протекает ток (Iа). На каждый проводник обмотки якоря со стороны магнитного поля действует электромагнитная сила. Совокупность всех электромагнитных сил, действующих на проводник создаёт вращающий электромагнитный момент.

При вращении якоря в обмотке якоря начинает наводиться ЭДС, направленная встречно протекающему току.