ЛЕКЦИЯ 8. Электрические машины постоянного тока. Устройство электрической машины постоянного тока презентация

Лекция 8

Электрические машины постоянного тока Устройство электрической машины постоянного тока  Электрическими машинами называются устройства, предназначен­ные для преобразования механической энергии вращения в электри­ческую (генератор) и наоборот, электрическую энергию в механичес­кую (двигатель). Работа электрической машины основана на единст­ве закона электромагнитной индукции и закона электромагнитных сил.  

Электрическая  машина  постоянного  тока состоит из двух основных частей: неподвижной части (индуктора) и вращающейся части ( якоря с барабанной обмоткой). Электрическая  машина  постоянного  тока состоит из двух основных частей: неподвижной части (индуктора) и вращающейся части ( якоря с барабанной обмоткой). На рисунке изображена конструктивная схема машины постоянного тока:

Принцип действия машины постоянного тока Рассмотрим работу машины постоянного тока на представленной модели: Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Очистим внешние поверхности проводников от изоляции и наложим на проводники неподвижные контактные щетки. Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами.

Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки. Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.

Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДС проводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине. Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса, ЭДС, равная нулю, - в проводнике, расположенном на линии геометрической нейтрали.

На рисунке представлена схема замещения якорной обмотки: На рисунке представлена схема замещения якорной обмотки: В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорной обмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи , через сопротивление протекает ток ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря и магнитному потоку индуктора Ф: где - константа.

В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство - коллектор. В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство - коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой.

Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора Любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток. , где   - напряжение на зажимах генератора;  - сопротивление обмотки якоря. - основное уравнение генератора.

С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы. С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы. На рисунке схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки. Воспользовавшись правилом левой руки, видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент, препятствующий вращению якоря генератора. Чтобы машина работала в качестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь, преодолевая тормозной электромагнитный момент.

Генераторы с независимым возбуждением. Характеристики генераторов Магнитное поле генератора с независимым возбуждением создается током, подаваемым от постороннего источника энергии в обмотку возбуждения полюсов. Схема генератора с независимым возбуждением показана на рисунке 1: Рисунок 1 Рисунок 2 Магнитное поле генераторов с независимым возбуждением может создаваться от постоянных магнитов (рисунок 2).

Зависимость напряжения на внешних зажимах машины от величины тока нагрузки при токе возбуждения - называют внешней характеристикой генератора. Зависимость напряжения на внешних зажимах машины от величины тока нагрузки при токе возбуждения - называют внешней характеристикой генератора. Внешняя характеристика генератора изображена на рисунке: С ростом тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за увеличения падения напряжения в якорной обмотке.

Генераторы с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора. Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

На рисунке изображен генератор с параллельным возбуждением: На рисунке изображен генератор с параллельным возбуждением: Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат . Генератор работает в режиме холостого хода. Чтобы генератор самовозбудился, необходимо выполнение определенных условий.

                       

Работа электрической машины постоянного тока в режиме двигателя. Основные уравнения

Механические характеристики электродвигателей постоянного тока Рассмотрим  двигатель с  параллельным возбуждением в установившемся режиме работы: Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке.

На рисунке 4 изображен двигатель последовательного возбуждения. Якорная обмотка и обмотка возбуждения включены последовательно. На рисунке 4 изображен двигатель последовательного возбуждения. Якорная обмотка и обмотка возбуждения включены последовательно. Ток возбуждения двигателя одновременно является током якоря. Магнитный поток индуктора пропорционален току якоря.

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения является мягкой (рисунок 5). Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения является мягкой (рисунок 5).

С увеличением нагрузки скорость двигателя резко падает. С уменьшением нагрузки на валу двигатель развивает очень большую частоту вращения. Говорят, что двигатель идет вразнос. Работа двигателя последовательного возбуждения без нагрузки недопустима. С увеличением нагрузки скорость двигателя резко падает. С уменьшением нагрузки на валу двигатель развивает очень большую частоту вращения. Говорят, что двигатель идет вразнос. Работа двигателя последовательного возбуждения без нагрузки недопустима. Двигатель смешанного возбуждения имеет механическую характеристику, представляющую собой нечто среднее между механическими характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения. Двигатели с параллельным возбуждением применяются для привода станков и различных механизмов, требующих широкой регулировки скорости. Двигатели с последовательным возбуждением применяются в качестве тяговых двигателей электровозов, трамваев и т.д.

Спасибо за внимание!