Теория электрических цепей Основы теории электромагнитного поля

Теория цепей. Магнитные цепи Основы теории электромагнитного поля

Электрические машины. Принцип действия.

В основу работы всех электрических машин положены два закона физики: электромагнитной индукции и закон Ампера. Величина ЭДС, наведенной в проводящем контуре, находящимся в магнитном поле:

Следовательно, любой электромагнитной механизм должен иметь устройство для создания магнитного поля (в электрических машинах это статор) и совокупность проводников, в которых наводится ЭДС (якорь, ротор). Как создается магнитное поле физически безразлично. В электрических машинах оно создается катушками со стальными сердечниками или постоянными магнитами.

Наведение ЭДС может осуществляться различными способами:

1.Вращением проводников в неподвижном магнитном поле (способ реализован в машинах постоянного тока).

2.Вращение поля около неподвижных проводников (способ реализован в синхронных машинах).

3.Вращением проводников во вращающемся магнитном поле (способ реализован в асинхронных двигателях). Расчет мощности и выбор электродвигателя для длительного режима работы Определение номинальной мощности двигателя для работы в длительном режиме с постоянной нагрузкой сводится к подсчету мощности Рс исполнительного механизма, приведенной к валу двигателя (с учетом КПД передач, редукторов и т.д.). По полученной мощности Р в каталогах выбирают двигатель с номинальной мощностью РномРс (предварительно выбраны род тока, напряжение, частота и конструктивное исполнение двигателя). Номинальная мощность, указанная в каталоге, является той наибольшей мощностью, на длительную работу без опасности перегрева рассчитан двигатель. Так как нагрузка постоянна, то специальной тепловой проверки не требуется. При тяжелых условиях пуска проверяют, достаточен ли развиваемый двигателем пусковой момент.

4.Изменение неподвижного магнитного поля во времени около проводников находящихся в нем (способ реализован в трансформаторе).

Если неподвижную часть машины (на рис. 3.1 изображен один ее виток) поместить в магнитное поле и привести во вращение, то в ней будет индуцироваться ЭДС. Направление ЭДС определяют по правилу правой руки (силовые линии входят в ладонь, большой палец показывает направление перемещения проводника, а четыре вытянутых пальца указывают направление ЭДС). Если цепь замкнута, то в ней появиться ток, направление которого будет совпадать с направлением ЭДС. Согласно закона Ампера: на проводник с током со стороны магнитного поля будет действовать сила, направление которой определяется по правилу левой луки (силовые линии входят в ладонь, большой палец показывает направление силы, а четыре вытянутых пальца указывают направление тока).

Момент электромагнитной силы, как видно из рис. 3.1, является тормозящим, он замедляет вращение витки и для продолжения вращения необходимо увеличивать внешний вращающий момент, т. е. подводить к машине механическую энергию. Таким образом, в данном случае в машине идет процесс преобразования механической энергии в электрическую. Такой режим называется генерированием. Для этого режима характерно:

1.Ток и ЭДС в подвижной части машины совпадают по направлению, что говорит о том, что машина отдает электроэнергию;

2.Электромагнитный момент является тормозящим, т. е. машина должна получать механическую энергию извне.

Рассмотренный виток можно представить схемой замещения рис. 3.2.

На основании второго закона Кирхгофа:

,

обозначим как I · Rн=U,тогда:

 и  (3.1)

Выражение 3.1 называется основным уравнением машины, работающей в генераторном режиме. Оно показывает, что напряжение на зажимах генератора всегда меньше ЭДС на величину внутреннего падения напряжения.

3.2. Двигательный режим.

Если к подвижной части машины (один ее виток изображен на рис. 3.2) подвести напряжение, то по ней потечет ток. При взаимодействии проводника с током и магнитного поля, возникает электромагнитная сила, направление которой определяется по правилу левой руки. Электромагнитный момент этой силы заставит подвижную часть машины вращаться. При вращении в подвижной части машины возникнет ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки.

Если вал подвижной части машины сцепить с нагрузкой (мешалка, станок, вентилятор и пр.), то нагрузка будет тормозить вращение. Чтобы машина продолжала вращаться, необходимо увеличивать электромагнитный момент, создаваемый током, т. е. увеличить ток.

Таким образом, в этом случае в машине имеет место преобразование электрической энергии в механическую. Такой режим работы называется двигательным. Для него характерно:

1.Электромагнитный момент является вращающим, это говорит о том, что машина отдает механическую энергию;

2.ЭДС, возникающая в подвижной части машины, направлена против тока. Следовательно, машина должна получать электроэнергию извне.

Рассмотренный виток можно представить схемой замещения рис. 3.3. На основании второго закона Кирхгофа:

 и  (3.2)

Выражение 3.2 называется основным уравнением машины, работающей в двигательном режиме. Оно показывает, что напряжение на зажимах двигателя должно быть больше ЭДС на величину падения напряжения в его подвижной части.

 

 

 

 


Электрические машины