Принцип действия электрических машин

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 7Следующая ⇒

Генераторы.Принцип действия электрических генераторов основан на использовании закона электромагнитной индукции. Этот закон гласит: в проводниках, пересекающих магнитные линии, индуктируются электродвижущие силы (э. д. с), которые пропорциональны числу магнитных линий, пересеченных за единицу времени.

Электродвижущая сила генератора. Если предположить, что p-число полюсов, N- число активных проводников обмотки якоря, а - число параллельных ветвей обмотки , D_я - диаметр якоря, п -частота вращения якоря, измеряемая числом оборотов в минуту, тогда э. д. с. якоря

E = pNФn / a 60, pN / 60 a = Се - постоянная величина для машины тогда Eя = Cе Ф n

э. д. с. Е_я пропорциональна основному магнитному потоку и частоте вращения якоря

Следовательно, э. д. с. генератора можно регулировать изменением магнитного потока (тока возбуждения) генератора или изменением частоты вращения вала якоря.

Напряжение Uя на зажимах якоря генератора меньше э. д. с. Eяна значение падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря IяRя   Uя = Eя - IяRя

У машин, работающих в режиме генератора, проводники обмотки якоря с током Iнаходятся в магнитном поле, и поэтому на них будут действовать электромагнитные силы создающие электромагнитный момент Мм= СмФ I , См =pN / 2 πa.

Мм действует в направлении против направления вращения и является тормозным.

        Режим двигателя. Если к обмотке якоря машины подвести постоянный ток Iот внешнего источника, то в результате взаимодействия с магнитным потоком главных полюсов возникает электромагнитный момент Мм= смФ I , который действует в направлении вращения и является движущим.

При вращении якоря электродвигателя проводники его обмотки пересекают магнитные линии, вследствие этого в них индуктируется э. д. с. Eя направленная против тока Iяи приложенного к зажимам якоря напряжения Uя, поэтому ее называют противоэлектродвижущей силой.

Напряжение, приложенное к якорю двигателя, уравновешивается э. д. с. Eя и падением напряжения в обмотке якоряIяRя:   Uя = Eя + IяRя

Тогда Iя =( Uя - Cе Ф n) / Rя,  обороты вала якоря n = (Uя – IяRя) / Cе Ф

Принцип обратимости.Изложенное выше показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Таким свойством обладают все вращающиеся электрические машины, и называется оно обратимостью. Переход машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения осуществляется изменением направления тока в обмотке якоря.

                                                                                         Направление э. д. с, тока и моментов:             Схема работы электрической машины                                                   а- генератора; б — двигателя                            в режиме: а — генератора; б — двигателя



Как видно, внутренняя электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, что отражает процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и обратный процесс в двигателе.

Для генератора UяIя = EяIя - Iя ²Rя   Для двигателя UяIя = EяIя + Iя ²Rя

В генераторе Мм является тормозящим моментом, а в двигателе — движущим, в обоих случаях противоположны по направлению. Левые части выражений — это электрические мощности на зажимах якоря, первые члены правых частей — электромагнитные мощности якоря, а последние члены — электрические потери в якоре.

Эти соотношения выражают закон сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в машине постоянного тока. По этому закону механическая мощность, развиваемая на валу генератора преобразуется в электрическую мощность в обмотке якоря, которая за вычетом потерь в обмотке якоря поступает во внешнюю цепь.

В двигателях электрическая мощность, подводимая к якорю, частично расходуется на потери в обмотке якоря, а остальная часть превращается в мощность электромагнитного поля, а затем в механическую мощность, которая передается на вал двигателя.

Реакция якоря.При нагрузке вокруг проводников обмотки якоря образуется магнитное поле ось которого направлена по оси щеток, расположенных на геометрической нейтрали ГН. Воздействие м. д. с. обмотки якоря на магнитное поле машины называется реакцией якоря.Число магнитных линий, пересекающих поверхность якоря, не везде одинаково: наибольшая густота — под серединой полюса, наименьшая — по геометрической нейтрали. В витках, расположенных по самой нейтрали, э. д. с. не индуктируется.

При вращении якоря под нагрузкой результирующий магнитный поток будет распределяться, как показано на рисунке. Под левой частью северного полюса он будет ослаблен потоком якоря, имеющим противоположное направление потоку, создаваемому полюсами. Под правой частью северного полюса силовые линии потока якоря имеют одинаковое направление с основным потоком, поэтому в этой части густота магнитного потока увеличивается. Подобное явление будет наблюдаться и у южного полюса. В результате действия реакции якоря основной магнитный поток исказится и как бы повернется на небольшой угол в направлении вращения якоря. Линия ФН, проходящая через точки на поверхности якоря с индукцией В = 0, является физической нейтралью. Смещение нейтрали повлечет за собой перемещение щеток на такой же угол, так как они должны замыкать накоротко те витки, в которых э. д. с. не индуктируется.

Коммутация.Процесс изменения направления тока в секции обмотки якоря, связанный с переходом ее из одной параллельной ветви в другую, называется коммутацией, а секция — коммутируемой.

За время перекрытия щеткой обеих коллекторных пластин ток в секции уменьшается от I_я/2 до нуля. Изменение тока вызывает наведение э. д. с. самоиндукции e_s (а также взаимоиндукции. Эту э. д. с. называют реактивной е_р, а наводимый ею ток — током коммутации. Электродвижущая сила вращения е_к от внешнего поля называется коммутирующей. В общем случае в коммутирующей цепи имеются обе э. д. с. е_р и е_к. Под действием суммы этих э. д. с. в замкнутой щеткой коммутирующей цепи возникает добавочный ток коммутации /_д - Искрение на коллекторе вызывает нагревание и порчу его поверхности. Чтобы степень искрения не превышала допустимого значения, необходимо скомпенсировать реактивную э. д. с. е_р, Для улучшения процесса коммутации используют два основных способа: применяют добавочные полюсы и производят подбор щеток с повышенным электрическим сопротивлением (электрографитированные), уменьшая тем самым добавочный ток коммутации.

В условиях эксплуатации мерами предупреждения искрения являются содержание в чистоте поверхности коллектора, конуса, канавок между пластинами, своевременное удаление с рабочей поверхности коллектора подтеков, царапин, заусенцев, смена сколотых и изношенных щеток и пр.

Добавочные полюсы.Добавочные полюсы располагают по нейтрали, т. е. между главными полюсами. Они предназначены создавать магнитное поле, индуктирующее в коммутируемых витках э. д. с, направленную против реактивной э. д. с. Чтобы магнитное поле действовало только в зоне коммутации, ширину полюсов делают небольшой. Обмотки добавочных полюсов всегда включаются последовательно с обмоткой якоря для того, чтобы происходило автоматическое усиление действия добавочных полюсов при увеличении внешней нагрузки, вызывающей усиление реакции якоря и реактивной э. д. с. в коммутируемых секциях.

Компенсационная обмотка. Добавочные полюсы компенсируют действие реакции якоря только в зоне коммутации. Наиболее эффективное средство борьбы с вредным действием поперечной реакции якоря — с искажением основного поля и увеличением напряжения между коллекторными пластинами — использование компенсационной обмотки. В пазах полюсных наконечников главных полюсов укладывают стержни (проводники) так, чтобы направления токов в них и обмотке якоря в пределах каждого полюсного деления были противоположны. Компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря, тем самым обеспечивается компенсация поперечной реакции якоря при всех нагрузках.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 333.

stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда...