Электрические машины постоянного тока. Устройство машин постоянного тока. Принцип действия машин постоянного тока, страница 2

 

 

S

 

Если проводник с током помещен   в магнитном поле, то на него действует выталкивающая сила  F = B I l. При своем движении, он пересекает магнитные силовые линии и, следовательно, в нем  наводится  э.д.с. Е_об = B l v (в отличии от генератора, она будет направлена против тока и ее называют обратной э.д.с.).  Так как она появляется в результате действия  приложенного напряжения источника, то   U = E_об + Ir – уравнение электрического состояния двигателя.

Электрическая мощность

Р_эл = U I = (E_об + I r) I = E_об I + I² r = B l v I  + I²  r = F v + I² r = Р_мех + I² r.

Таким образом, наличие магнитного поля и проводников с током является необходимым условием для работы любой электрической машины как преобразователя энергии, а постоянное взаимодействие между ними достигается вращательным движением.

 8.3. Генераторы постоянного тока

Различают генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением.

В генераторах независимого возбуждения (рис. а) основной магнитный поток создается электромагнитом (обмоткой возбуждения), питаемой от постороннего источника постоянного тока. Особенностью такого генератора является то, что ток возбуждения  и магнитного потока от нагрузки генератора. Недостатком является необходимость иметь отдельный источник энергии для питания обмотки возбуждения.  Применяются редко.

В генераторах с самовозбуждением питание обмотки возбуждения осуществляется самим генератором, т.е. ток в обмотку возбуждения поступает из якоря генератора. Между цепью возбуждения и цепью якоря существует электрическая связь.

Самовозбуждение основано на явлении остаточного магнетизма. В любой ранее работавшей машине  будет сохранятся в магнитной системе небольшой магнитный поток который называют остаточным Ф_ост . Этот поток вызывает во вращающемся якоре небольшую э.д.с. Так как цепь якоря  имеет электрическую связь с обмоткой возбуждения, то в обмотке возбуждения появится небольшой ток возбуждения. Он создаст добавочный  магнитный поток Ф_доб .Если  потоки  Фост и Ф_доб  совпадают по направлению, то результирующий поток машины возрастет, что приводит к увеличению э.д.с., а значит и тока возбуждения, потока машины и т.д. до магнитного насыщения.

По способу соединения обмоток возбуждения и якоря генераторы разделяются на :

·  генераторы с параллельным возбуждением (шунтовые, рис б);

·  генераторы с последовательным возбуждением (сериесные, рис. в);

·  генераторы со смешанным соединением (компаундные, рис г).

В генераторе с параллельным возбуждением ток якоря складывается из тока нагрузки и тока возбуждения, т.е. I_я = I_н + I _в , напряжение на нагрузке  U_н = I R_н ; ток в обмотке возбуждения I = U / r_в , причем U _н  = U_в.

В генераторе с последовательным возбуждением ток возбуждения равен току якоря и току нагрузки . I_я = I_н = I _в , т.е целиком зависят от тока нагрузки. Генератор со смешанным возбуждением имеет параллельную и последовательную обмотки возбуждения, причем большая часть магнитного потока создается обычно параллельной обмоткой, а меньшая часть – последовательной.

Наибольшее распространение получил генератор с параллельным возбуждением. Его преимущества:

·  возбуждается на холостом ходу;

·  не боится коротких замыканий;

·  относительно постоянное напряжение до номинальных значений.

8.4.Двигатели постоянного тока.

Двигатели постоянного тока, как и генераторы, классифицируются по способу включения обмоток возбуждения по отношению к якорю. Различают двигатели  с возбуждением: независимым (а), параллельным (б), последовательным (в) и смешанным (г). а                                 б                              в                                     г                 

      Двигатели с независимым возбуждением (рис. а)  питаются от двух источников тока: от одного питается якорь, от другого – обмотка возбуждения. Эти двигатели применяются в мощных установках (прокатный стан). Двигатели со всеми другими системами возбуждения питаются от одного источника  тока, что значительно упрощает установку.