Электрические машины постоянного тока. Устройство машин постоянного тока. Принцип действия машин постоянного тока

МОДУЛЬ  №  8. Электрические машины постоянного тока.

Электрические машины постоянного тока служат для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока (режим генератора) или для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую (режим двигателя). Машины постоянного тока обладают свойством обратимости, т.е. могут работать и в режиме двигателя  и в режиме генератора.

8.1. Устройство машин постоянного тока.

Машина постоянного тока (генератор, двигатель) состоит из двух основных частей:

·  статор – неподвижный электромагнит, создающий основное магнитное поле машины. Статор с размещенной на нем обмоткой возбуждения называется индуктором;

·  ротор – вращающаяся часть машины. Ротор вместе с заложенной в его пазах обмоткой,  в которой индуктируется э.д.с.,  называется якорем.

Статор состоит из станины и главных полюсов. На сердечнике главных полюсов расположена обмотка возбуждения, которая питается постоянным  током. При прохождении тока по обмотке возбуждения в полюсах индуктируется магнитный поток возбуждения.

Вращающаяся часть машины – якорь состоит из сердечника якоря, обмотки якоря и коллектора. К коллектору примыкают щетки, которые осуществляют связь с внешней цепью.

Кроме этих частей в генераторе имеется коллектор со щетками. В генераторе он является механическим выпрямителем э.д.с. якоря и осуществляет скользящий контакт между вращающимся якорем и неподвижной внешней цепью.  В двигателе коллектор со щетками служит для преобразования постоянного тока сети в переменный ток в обмотке якоря. Это необходимо для сохранения направления момента вращения якоря.

8.2. Принцип действия машин постоянного тока.

Принцип действия машины постоянного тока основан на явлениях электромагнитной индукции (при движении проводника в магнитном поле в нем наводится э.д.с. - генератор) и электромагнитной силы (на проводник с током помещенный в магнитное поле действует выталкивающая сила - двигатель). Согласно этим законам, а также законам Ома и Джоуля – Ленца, можно получить основные соотношения между величинами, характеризующими рабочий процесс, в электрических машинах.

        Так из закона электромагнитной индукции следует, что если проводник перемещать перпендикулярно линиям магнитного поля, то в нем будет наводиться э.д.с. определяемой

Е = Вl v

                               N                                              I

                                                        E

              F                                                                               

                                              v

B

                               S

В – магнитная индукция, В с / м² ; l, v – длина , м,  и скорость, м/с, перемещения проводника.

Под действием э.д.с. в проводнике, замкнутом на лампочку, возникает ток в направлении, совпадающем с направлением э.д.с. В результате взаимодействия проводника с током и магнитного поля возникает электромагнитная сила, которая определяется   F = B I l, а направление по правилу левой руки. При равномерном движении проводника вся механическая  мощность преобразуется в электрическую:

Р_мех = F v = B I l v =E I = Р_эл 

Так как Е = U + U_внут , то  Р_эл = (U + U_внут) I = U I + U_внут I =Р + Р _внут ,

Р – мощность внешнего участка (лампочки), Вт;

Р_внут  - мощность потерь на внутреннем сопротивлении генератора, Вт. Она зависит от величины внутреннего сопротивления  r и поэтому ее определяют как   Р_внут. = I² r.

Если выразить мощность нагрузки Р = Р_эл – Р_внут = Е I – I² r  или U I = Е I -  I² r. Сократив на величину I, получим уравнение электрического состояния цепи:

U = Е - IR

 Работа двигателя характеризуется перемещением проводника с током в магнитном поле

                               N                                             I

                                   I                           

              F                                                                                                                   В                               I                 +        E _ист