В.1. Принцип действия электрических генераторов и двигателей
Николаева, С. И.
Электрические машины и трансформаторы: учеб. пособие / С. И. Николаева. – Волгоград : ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. –112 с.
Рассмотрены конструкция, принцип работы, характеристики и особенности применения трансформаторов, машин постоянного и переменного тока. Приведены примеры расчета трехфазных трансформаторов, двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей.
Может быть рекомендовано к использованию при изучении курсов «Электромеханические системы», «Общая электротехника», «Электротехника и электроника» студентами технических специальностей высших учебных заведений, а также при выполнении разделов курсовых и дипломных работ.
Ил. 53. Библиогр. 6 назв.
ISBN 978–5–9948–0695–1 © Волгоградский государственный
технический университет, 2011
 |
ВВЕДЕНИЕ
В.1. Принцип действия электрических генераторов и двигателей
Электрические машины широко распространены в различных отраслях народного хозяйства, энергетике, быту. Связано это с их высокими энергетическими показателями, удобством обслуживания и управления. Существует большое разнообразие электромашин по назначению, принципу действия, мощности, размерам.
Электрические машины – это электромеханические преобразователи, в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую (электрические двигатели) или механической – в электрическую (электрические генераторы).
В основе принципа действия электрических генераторов лежит закон электромагнитной индукции:
(1)
Согласно этому закону при вращении проводника в магнитном поле в нем индуцируется ЭДС е. B – индукция магнитного поля в точке расположения проводника, l – активная длина проводника (длина проводника, на протяжении которой он находится в магнитном поле), 
– скорость движение проводника в магнитном поле. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки.
Для увеличения ЭДС в магнитном поле располагают не один, а ряд последовательно соединенных проводников, которые образуют обмотку. Обмотка располагается на сердечнике, выполненном из стали. Та часть машины, на которой располагается обмотка, в которой индуцируется основная ЭДС, называется якорем, а сама обмотка – обмоткой якоря. По обмотке якоря протекает ток нагрузки.
Магнитное поле электрической машины сосредоточено в магнитной системе, которая выполняется из ферромагнитных материалов. Это позволяет получить более сильное магнитное поле. Конструктивно магнитная система электрической машины состоит из вращающейся части и неподвижной части , между которыми имеется воздушный зазор (рис. 1). Неподвижная часть магнитной системы вместе с размещенной на ней обмоткой и корпусом, называется статором. Вращающаяся часть магнитной системы с обмоткой называется ротором. Ротор вращается в подшипниках.
1 – статор, 2 – ротор, 3 – подшипниковые щиты, 4 – подшипники
Рис. 1. Магнитная система трансформатора
В зависимости от назначения и типа машины обмотка якоря может располагаться на роторе или на статоре. Ротор вращается в подшипниках. Тогда на другой части машины располагается обмотка возбуждения, создающая магнитное поле в машине. В генераторах ротор приводится во вращение посторонним двигателем (турбиной), который называется приводным двигателем. Если к обмотке якоря подключить внешнее сопротивление, то по обмотке потечет ток и машина будет отдавать электрическую энергию в нагрузку.
Электродвигатели конструктивно устроены так же, как и электрогенераторы. Для работы машины в режиме двигателя необходимо подвести напряжение к обмотке якоря. Тогда по проводникам обмотки якоря потечет ток, при взаимодействии которого с магнитным полем возникает момент, приводящий во вращение ротор двигателя. Направление вращения определяется правилом левой руки.
Электрические генераторы являются основными источниками электрической энергии. Электрические двигатели приводят в движение станки, транспортные средства и другие механизмы. Более половины всей вырабатываемой электрической энергии потребляют электродвигатели.
Электрические машины обладают свойством обратимости. Это означает, что взаимное преобразование энергии может происходить в любом направлении, то есть, по принципу действия электрическая машина может работать как в режиме генератора (если к ней подводится механическая энергия, преобразуемая в электрическую), так и в режиме двигателя (если к машине подводится электрическая энергия для преобразования в механическую). Вместе с тем конструктивно любая машина предназначена для работы в каком-то одном режиме.
Источник статьи: http://poisk-ru.ru/s30354t1.html
Электрические машины постоянного и переменного тока
Машины постоянного тока могут работать в качестве генераторов и электродвигателей. Это свойство электрических машин постоянного тока называют обратимостью. Машины постоянного тока состоят из неподвижной магнитной системы (статора), в которой смонтированы обмотки возбуждения, создающие основное магнитное поле машины; якоря — вращающейся части машины, в обмотке которого индуктируется ЭДС, и коллектора, посредством которого получают выпрямленный ток в генераторах и подводят напряжение к якорю в электродвигателях.
Машины переменного тока могут работать в качестве асинхронных двигателей, синхронных генераторов переменного тока и синхронных двигателей.
Машину, преобразующую электрическую энергию в механическую, называют электрическом двигателем. Основными узлами электродвигателя являются статор и ротор. Статором называют неподвижную, а ротором – вращающуюся часть машины. В пазах статора так же, как и в пазах ротора, укладывают обмотку. Среди электрических двигателей наибольшее распространение получил асинхронный двигатель. Асинхронный двигатель – машина переменного тока, у которой скорость вращения ротора меньше скорости вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и фазным роторами.
Электродвигатели переменного тока бывают бесколлекторными и коллекторными. Наибольшее распространение получили как более простые, безотказные в работе и имеющие более высокий к.п.д., бесколлекторные двигатели.
Принцип работы асинхронного двигателя заключается в следующем: при подключении обмотки статора к сети трехфазного переменного тока, внутри статора создается вращающееся магнитное поле. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного ротора и индуктировать в ней э.д.с. Под действием э.д.с. в обмотке ротора будет протекать ток. Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, создает вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля статора.
Синхронной называется такая машина, скорость вращения которой постоянна.
Синхронные генераторы переменного тока.
Синхронные генераторы переменного тока предназначены для преобразования механической энергии первичных двигателей (турбины, электродвигателя и т.п.) в электрическую. Генератор состоит из статора и ротора. Часть генератора, в которой индуктируется э.д.с. и проходит рабочий ток, называют якорем, а другую часть, которая создает магнитное поле – индуктором.
В основу работы синхронных генераторов положен закон электромагнитной индукции. В связи с тем, что принципиально безразлично, будет ли движущийся проводник пересекать неподвижное магнитное поле или наоборот, конструктивно синхронные генераторы изготовляют двух видов.
В одном случае магнитные полюсы (обмотку возбуждения) помещают на статоре и питают их обмотку постоянным током, а проводники (обмотку якоря) располагают на роторе, с которых снимают переменный ток при помощи колец и щеток. Во втором случае магнитные полюсы устанавливаются на роторе, а обмотки якоря – на статоре.
Синхронные двигатели.
Синхронный генератор может работать как электрической двигатель. В этом случае двигатель называют синхронным. Синхронные двигатели применяются реже, чем асинхронные.
Источник статьи: http://bresteg.com/stati/1358-yelektricheskie-mashiny-postoyannogo-i.html
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Свойство — электрическая машина
Свойства электрических машин описываются нелинейными зависимостями, которые часто изображаются графически — характеристическими кривыми или сокращенно характеристиками. [2]
Свойства электрических машин принято выражать графиками — характеристиками, устанавливающими взаимозависимости между электрическими или механическими параметрами. [3]
Свойство электрической машины сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки называется безотказностью. [4]
Свойство электрических машин работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя называется обратимостью. Следует отметить, что обратимостью обладают все типы электрических машин. [5]
Свойства электрических машин постоянного и переменного тока , представляющие интерес с точки зрения практического использования машин, в значительной мере определяются их характеристиками, каждая из которых представляет собой график зависимости между двумя важнейшими величинами. [6]
Это свойство электрических машин работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя без изменения конструкции называется обратимостью. [7]
Это свойство электрических машин работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя называется обратимостью. [9]
Безотказность — свойство электрической машины непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. [10]
Несимметричность обмоток приводит к ухудшению свойств электрических машин . [11]
Надежность конструкции электрических машин определяется как свойство электрических машин сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и в условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. [12]
В рассмотренных выше конструкциях ШДЭР удачно сочетались свойства электрической машины и планетарного редуктора. Аналогичные возможности дают гибкие волновые передачи, в которых большие передаточные отношения получаются не за счет эксцентричного расположения шестерен, а за счет деформации одной из них, выполненной в виде тонкого зубчатого кольца. Под действием радиальной составляющей потока статора круглый ротор приобретает эллипсность ( механическую волну), эквивалентную эксцентриситету ШДЭР. Двигатель используется как синхронный при питании от однофазной сети переменного тока через конденсатор, или как шаговый, при питании от электронного коммутатора. [13]
Свойства электрических машин часто изображаются графически, так как многие зависимости, и в первую очередь магнитная характеристика, имеют весьма сложное аналитическое выражение. Магнитная характеристика трансформатора, как и других машин переменного тока, дает связь между амплитудными или мгновенными значениями потока и МДС. Зависимость потока от тока может быть получена экспериментально или расчетно. При проектировании пользуются только расчетным путем, поскольку он дает более глубокое представление о свойствах магнитной системы. Магнитная цепь трансформатора рассчитывается на основе закона полного тока. [14]
Любая электрическая машина может быть использована как в качестве генератора, так и в качестве двигателя. Это свойство электрической машины изменять направление преобразуемой ею энергии называется обратимостью машины. Электрическая машина может служить также для преобра — зования электрической энергии одного рода тока ( частоты, числа фаз переменного тока, напряжения постоянного тока) в энергию другого рода тока. Такие электрические машины называются преобразователями. [15]
Источник статьи: http://www.ngpedia.ru/id412123p1.html
Двигательный и генераторный режимы машины постоянного тока
Электрическая машина может работать в режиме генератора или двигателя. Следовательно направление преобразования энергии может меняться. Это основное свойство электрической машины называется обратимостью.
Если к зажимам приведенного во вращение якоря присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якоря в его цепи возникнет ток. Машина будет работать в качестве генератора. Уравнение электрического равновесия цепи якоря для генераторного режима:
,
то есть напряжение на зажимах генератора меньше его ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении якоря rЯ.. С появлением тока в обмотках якоря, находящегося в магнитном поле, возникнут электромагнитные силы. При вращении якоря с постоянной скоростью вращающий момент равен тормозному электромагнитному моменту генератора. Получим уравнение баланса мощностей цепи якоря генератора:
.
Мощность отдачи энергии нагрузке и мощность потерь в обмотке якоря составляют электромагнитную мощность, развиваемую генератором и равную приложенной к валу механической мощности.
В двигательном режиме на зажимы якоря необходимо подать напряжение от внешнего источника. Это вызовет ток в цепи якоря и при этом возникнет электромагнитный момент, который будет вращать якорь. При этом в обмотках якоря, движущихся в магнитном поле, будет наводиться ЭДС, направленная против приложенного напряжения (противо-ЭДС). Уравнение электрического равновесия для цепи якоря в двигательном режиме:
.
Приложенное к зажимам якоря напряжение равно сумме противо-ЭДС и падения напряжения на внутреннем сопротивлении якоря. Баланс мощностей для якорной цепи в двигательном режиме:
.
Мощность, поступающая от внешнего источника в цепь якоря равна электромагнитной мощности и мощности потерь в обмотке якоря.
Источник статьи: http://studopedia.ru/5_155561_dvigatelniy-i-generatorniy-rezhimi-mashini-postoyannogo-toka.html
