Электрические машины – электромеханические преобразователи энергии

Рис. 1. К понятиям об «элементарном генерато­ре» (а) и «элементарном двигателе» (б)

Электродвижущая сила (ЭДС)
Электромагнитная сила
Падение напряжения в проводнике:

Рис. З. Обобщенная конструктивная схема электрической машины
Cостоит из неподвижной части 1, называемой статором, и вращающейся части 2, называемой ротором.

Классификация электрических машин
Рис. 4

Устройство машин постоянного тока
Принцип действия машин постоянного тока

1 – коллектор;
2 – щетки;
3 – якорь;
4 – главный полюс;
5 – полюсная катушка;
6 – станина;
7, 12 – подшипниковые щиты;
8- вентилятор;
9 – обмотка якоря;
10 – вал;
11 – лапы

Магнитный поток Ф
Электромагнитный момент М
ЭДС
Ток в обмотке якоря

Магнитное поле машины постоянного тока
Магнитная цепь машины постоянного тока

Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. определяется суммой магнитных напряжений на участках магнитной цепи:

Магнитное напряжение воздушного зазора (А)

Реакция якоря машины постоянного тока
Магнитное поле машины в этом случае симметрично относительно оси полюсов (рис. 9, а).

Магнитное поле, созданное МДС*, будет иметь вид, представленный на рис. 9, б.
*МДС - магнитная система машины

Рис. 9. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции
в воздушном зазоре
Показано распределение магнитных силовых линий результирующего поля машины, работающей в генераторном режиме при вращении якоря по часовой стрелке.

Способы уменьшения вредного влияния реакции якоря

Способы возбуждения машин постоянного тока
Рис. 11.

Генераторы постоянного тока и их основные характеристики

Уравнение мощностей для генератора постоянного тока:
P1 = P2 + P0 + Pэа + Pэ.в (11)
Следовательно, механическая мощность, развиваемая приводным двигателем Р1, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность Р2, передаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь (Р0+Рэа+ Рэ.в).

Генератор независимого возбуждения
Рис. 13.

Регулировочная характеристика генератора.

Генератор параллельного возбуждения

Рис. 17. Характеристика самовозбуждения

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения 1 (рис. 18) менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения.
Рис. 18.

Генератор смешанного возбуждения
Рис. 19.

Коллекторные двигатели
Основные понятия

Анализ этого уравнения показывает, что с увеличением нагрузки на вал двигателя, т. е. с увеличением электромагнитного момента М, возрастает мощность в цепи обмотки якоря UIa, т. е. мощность на входе двигателя. Но так как напряжение, подводимое к двигателю, поддерживается неизменным (U = const), то увеличение нагрузки двигателя сопровождается ростом тока в обмотке якоря Iа.

Пуск двигателя
Пусковой ток
I'a=U/Σr. (18)

Двигатель параллельного возбуждения
Обычно для двигателей параллельного возбуждения Δnном = 2÷8%

Для получения аналитического выражения механической характеристики n = ƒ(M) преобразуем выражение (29.5):
(21)
(22)
Ниже представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения:

Рис. 23. Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения:
а – при введении в цепь якоря добавочного сопротивления;
б – при изменении основного магнитного потока;
в – при изменении напряжения в цепи якоря

Двигатель последовательного возбуждения
Электромагнитный момент:
Формула частоты вращения
(24)
(23)

Номинальное изменение частоты вращения двигателя последовательного возбуждения
(25)

Рис. 26.

Двигатель смешанного возбуждения

Мощность (Вт) на выходе машины (полезная мощность):
для генератора (электрическая мощность)
для двигателя (механическая мощность)
Коэффициент полезного действия.
Определив суммарную мощность вышеперечисленных потерь
можно подсчитать КПД машины по одной из следующих формул:
для генератора
для двигателя
(29)