Головна

В 2. Електричні машини - електромеханічні перетворювачі енергії

  1. I. цільного зерна: ДЖЕРЕЛО ЕНЕРГІЇ
  2. Агуна А. в. Управління якістю електроенергії при несинусоїдальних режимах DJVU
  3. Активне використання сонячної енергії.
  4. АНАЛОГО-ЦИФРОВІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ.
  5. Аналогові обчислювальні машини
  6. Балів) Який вид енергії змінюється швидше за все при стисненні однорідного кулі? Маса і момент імпульсу зберігаються.
  7. Балів) Що дає основний внесок в сучасну щільність енергії Всесвіту?

Вивчення електричних машин засноване на знаннях фізичної сутності електричних і магнітних явищ, що викладаються в курсі теоретичних основ електротехніки. Однак перш ніж приступити до вивчення курсу «Електричні машини», нагадаємо фізичний зміст деяких законів і явищ, що лежать в основі принципу дії електричних машин, в першу чергу закону електромагнітної індукції.

Мал. В 1. До понять про «елементарному генераторі» (А) і «елементарному двигуні» (б)

В процесі роботи електричної машини в режимі генератора відбувається перетворення механічної енергії в електричну. Природа цього процесу пояснюється законом електромагнітної індукції: якщо зовнішньою силою Fвоздействовать на поміщений в магнітне поле провідник і переміщати його (рис. В.1, а), наприклад, зліва направо перпендикулярно вектору індукції В магнітного поля зі швидкістю u, то в провіднику буде наводитися електрорушійна сила (ЕРС)

 E = Blv, (B.1)

де в - магнітна індукція, Тл; l - активна довжина провідника, т. е. довжина його частини, що знаходиться в магнітному полі, м; u - швидкість руху провідника, м / с.

Мал. В 2. Правила «правої руки» і «лівої руки»

Для визначення напрямку ЕРС слід скористатися правилом «правої руки» (рис. В.2, а). Застосувавши це правило, визначимо напрям ЕРС в провіднику (від нас). Якщо кінці провідника замкнуті на зовнішній опір R (Споживач), то під дією ЕРС в провіднику виникне струм такого ж спрямування. Таким чином, провідник в магнітному полі можна розглядати в цьому випадку як елементарний генератор.

В результаті взаємодії струму I з магнітним полем виникає діюча на провідник електромагнітна сила

FЕМ = BlI. (В 2)

напрямок сили FЕМможна визначити за правилом «лівої руки» (рис. В.2, б). В даному випадку ця сила спрямована справа наліво, т. Е. Протилежно руху провідника. Таким чином, в розглянутому елементарному генераторі сила FЕМє гальмує по відношенню до рушійну силу F.

При рівномірному русі провідника F = FЕМ. Помноживши обидві частини рівності на швидкість руху провідника, отримаємо

Fu = FЕМu

Підставами в цей вислів значення FЕМз (В.2):

Fu = BlIu = EI (В. З)

Ліва частина рівності визначає значення механічної потужності, що витрачається на переміщення провідника в магнітному полі; права частина - значення електричної потужності, що розвивається в замкнутому контурі електричним струмом I. Знак рівності між цими частинами показує, що в генераторі механічна потужність, що витрачається зовнішньою силою, перетворюється в електричну.

Якщо зовнішню силу Fк провіднику не докладати, а від джерела електроенергії підвести до нього напруга Uтак, щоб струм I в провіднику мав напрямок, вказаний на рис. В.1, б, то на провідник буде діяти тільки електромагнітна сила FЕМ. Під дією цієї сили провідник почне рухатися в магнітному полі. При цьому в провіднику індукується ЕРС з напрямком, протилежним напрузі U. таким чином, частина напруги U, прикладеної до провідника, врівноважується ЕРС Е, наведеної в цьому провіднику, а інша частина становить падіння напруги в провіднику:

U = E + Ir, (В.4)

де r - електричний опір провідника.

Помножимо обидві частини рівності на ток I:

UI = ЕI + I2r.

підставляючи замість Е значення ЕРС з (В.1), отримаємо

UI = BluI + I 2r,

або, відповідно до (В.2),

 UI = FЕМ u + I 2r. (В 5)

З цієї рівності випливає, що електрична потужність (UI), що надходить в провідник, частково перетвориться в механічну (FЕМu), а частково витрачається на покриття електричних втрат в провіднику (I2r). Отже, провідник з струмом, поміщений в магнітному полі, можна розглядати як елементарний електродвигун.

Розглянуті явища дозволяють зробити висновок: а) для будь-якої електричної машини обов'язково наявність електропровідного середовища (провідників) і магнітного поля, що мають можливість взаємного переміщення; б) при роботі електричної машини як в режимі генератора, так і в режимі двигуна одночасно спостерігаються індукування ЕРС в провіднику, що перетинає магнітне поле, і виникнення сили, що діє на провідник, що знаходиться в магнітному полі, при протіканні по ньому електричного струму; в) взаємне перетворення механічної і електричної енергій в електричній машині може відбуватися в будь-якому напрямку, т. е. одна і та ж електрична машина може працювати як в режимі двигуна, так і в режимі генератора; це властивість електричних машин називають оборотністю. Принцип оборотності електричних машин був вперше встановлений російським ученим Е. X. Ленцем.

Розглянуті «елементарні» електричні генератор і двигун відображають лише принцип використання в них основних законів і явищ електричного струму. Що ж стосується конструктивного виконання, то більшість електричних машин побудовано на принципі обертового руху їх рухомої частини. Незважаючи на велику різноманітність конструкцій електричних машин, виявляється можливим уявити собі деяку узагальнену конструкцію електричної машини. Така конструкція (рис. В. з) складається з нерухомої частини 1, званої статором, і обертається 2, званої ротором. Ротор розташовується в расточке статора і відділений від нього повітряним зазором. Одна із зазначених частин машини забезпечена елементами, збудливими в машині магнітне поле (наприклад, електромагніт чи постійний магніт), а інша - має обмотку, яку будемо умовно називати робочої обмоткою машини. Як нерухома частина машини (статор), так і рухомий (ротор) мають сердечники, виконані з магнітно-м'якого матеріалу і володіють невеликим магнітним опором.

Мал. В. з. Узагальнена конструктивна схема електричної машини

Якщо електрична машина працює в режимі генератора, то при обертанні ротора (під дією приводного двигуна) в провідниках робочої обмотки наводиться ЕРС і при підключенні споживача з'являється електричний струм. При цьому механічна енергія приводного двигуна перетворюється в електричну. Якщо машина призначена для роботи в якості електродвигуна, то робоча обмотка машини підключається до мережі. При цьому струм, що виник в провідниках обмотки, взаємодіє з магнітним полем і на роторі виникають електромагнітні сили, що призводять ротор в обертання. При цьому електрична енергія, споживана двигуном з мережі, перетвориться в механічну енергію, яка витрачається на обертання будь-якого механізму, верстата і т. П.

Можливі також конструкції електричних машин, у яких робоча обмотка розташована на статорі, а елементи, що збуджують магнітне поле, - на роторі. Принцип роботи машини при цьому залишається тим самим.

Діапазон потужностей електричних машин досить широкий - від часткою ват до сотень тисяч кіловат.

 



В 1. Призначення електричних машин і трансформаторів | В. з. Класифікація електричних машин

ТРАНСФОРМАТОРИ | Призначення і області застосування трансформаторів | Принцип дії трансформаторів | пристрій трансформаторів | Рівняння напруг трансформатора | Рівняння магніторушійних сил і струмів | Приведення параметрів вторинної обмотки і схема заміщення наведеного трансформатора | Векторна діаграма трансформатора | Трансформування трифазного струму і схеми з'єднання обмоток трифазних трансформаторів | Явища при намагнічуванні магнитопроводов трансформаторів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати