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: Определение температуры перегрева обмоток После того, как найдены геометрические размеры обмоток трансформатора, можно перейти к определению их рабочей температуры
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).
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.
Машины постоянного тока. Устройство. Основными частями машины являются: Статор – неподвижная часть, которая служит для создания постоянного неподвижного магнитного поля; Якорь – вращающаяся часть машины. Статор – литой, на его внутренней поверхности смонтированы чередующиеся полюсы, на которых смонтированы обмотки возбуждения, создающие магнитное поле.
Асинхронный двигатель предложен в 1889 г. Русским электротехником М.О.Доливо-Добровольским. Предложенная конструкция была настолько проста, что в основном сохранилась до настоящего времени. Из большого количества двигателей, эксплуатирующихся в промышленности и сельском хозяйстве, 90-95% приходится на асинхронные двигатели. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя.
Механическая характеристика асинхронного двигателя
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя. Реверсирование асинхронного двигателя Все возможности регулирования вытекают из уравнения: Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения может применяться, если имеется специальное оборудование для ее изменения. Изменение числа пар полюсов возможно, только для двигателей специального исполнения, а регулирование будет ступенчатым.