Принцип действия электрического двигателя

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

Первые электрические машины появились в 1831—1886 гг., это были машины постоянного тока, в настоящее время они уступили место в промышленности машинам переменного тока.

Машины постоянного тока применяются в тяговом подвижном составе, в грузоподъемных кранах, в ледокольном флоте для привода в гребных винтах.

Применение на локомотивах тяговых электрических машин (тяговых генераторов и тяговых двигателей) постоянного пульсирующего тока объясняется большим достоинством этих машин. Тяговый подвижной состав с такими электрическими машинами обладает хорошими тяговыми характеристиками, сравнительно прост по конструкции и надежен в эксплуатации. Локомотивы с такими электрическими машинами являются технически совершенными, проверенными в эксплуатации многолетним опытом.

Закон электромагнитной индукции гласит, что в активном проводнике аЬ длиной / (см), движущемся со скоростью F(cm/c) в магнитном поле с индукцией В (В с/см²) в направлении, перпендикулярном к его магнитным линиям, индуктируется ЭДС, величина которой будет определятся по формуле (В):

e = B l V (1)

На рис. 1.1 показана машина, магнитная система которой состоит из двух неподвижных в пространстве полюсов NS, создающих постоянный по величине магнитный поток, силовые линии которого направлены от северного полюса N к южному полюсу S. В этом же пространстве находится вращающаяся часть машины (якорь), на поверхности которого уложен в диаметральной плоскости виток (контур), состоящий из проводников аb и cd; концы вятка присоединены к двум кольцам, посаженным на вал вглухую и

изолированным от него текстолитовой изоляцией. На кольца наложены щетки А и В, к которым присоединяется внешняя цепь, состоящая из каких-либо приемников электроэнергии.

Рисунок 1 – Схема работы машины переменного тока

При приведении рамки (якоря) во вращение с постоянной скоростью в заданном направлении, например, против вращения часовой стрелки, в рамке индуктируется ЭДС согласно закону электромагнитной индукции.

Проводники аb и cd находятся в совершенно одинаковых: условиях один относительно полюса S, другой относительно полюса N, поэтому достаточно рассмотреть процесс создания ЭДС только в каком-нибудь одном активном проводнике.

Рассмотрим рамку abсd по сечению 1-1 (рис. 1.1). Из рис. 1.2 видно, что нормальная скорость проводника в магнитном поле будет V_H = V • sin а, где угол а = ωt. Тогда ЭДС проводника определяется выражением

e=B l V sinα.. (2)

По Максвеллу, магнитный поток Ф может быть оценен как

Ф=ВScosωt, (3)

где S — площадь сечения, пронизываемого магнитным потоком, м.

Рисунок 2– Скорость проводника в магнитом поле

Распределение магнитной индукции под полюсами реальной машины [1] носит сложный характер, но, пользуясь методом разложения сложных кривых в ряд гармонических, можно выделить первую или основную гармоническую, т. е. считать, что магнитная индукция распределена под полюсами N и S синусоидально (рис. 1.3).

.Рисунок 3– Заодин поворот витка индуктируемая ЭДС изменяется по волнообразной кривой, называемой синусоидой

Направление индуктированной ЭДС в проводника рамки проще всего определяется по правилу правой ладони, по которому правую ладонь располагают в магнитном поле так, чтобы линии поля были направлены в ладонь, а большой палец, отогнутый в плоскости ладони на 90°, был ориентирован в направлении движения проводника, тогда остальные сложенные и вытянутые пальцы покажут направление индуктированной в проводнике ЭДС (рис. 1.4.),

Рисунок 4– Правило правой ладони

Таким образом, в проводнике аb наводится переменная во времени

ЭДС, изменяющая свое направление два раз за один оборот рамки. Время Г, за которое проходит одно полное изменение ЭДС, называется периодом ЭДС. Число периодов в одну секунду называется частотой и измеряется в герцах (Гц).

Рассматривая рис. 1.1, мы видим, что каждая из щеток соединена через кольцо только с каким-нибудь одним проводником аЬ, а щетка В с проводником cd. Следовательно, на зажимах внешней цепи появляется переменное во времени направление и по ней течет переменный ток, имеющий частоту/ Чтобы заставить этот ток протекать по внешней цепи, в каком-нибудь одном

направлении, т. е. выпрямить его, в ЭМ устанавливают специальное устройство, называемое коллектором. Принцип действия его состоит в следующем. Концы витка ab-cd присоединяются к двум медным сегментам — пластинам коллектора, изолированным как друг от друга, так и от вала, на который они посажены вглухую (рис. 1.6).

На пластины наложены неподвижные в пространстве щетки А и В, к которым присоединяется внешняя цепь. При этом расположение щеток на пластинах в противоположность их расположению на кольцах (см. рис. 1.1) имеет существенное значение.

Рисунок 5– Схема работы машины постоянного тока

Чтобы выпрямить переменный ток, нужно поставить щетки так, как это показано на рис. 1.6 , а именно, чтобы наводимая в витке ЭДС была равна нулю в момент перехода щетки с одной пластины на другую. Тогда при вращении витка с проводниками ab-cd будет по-прежнему наводиться переменная ЭДС, но каждая из щеток будет соприкасаться только с той коллекторной пластиной и, соответственно, только с теми из проводников,

которые находятся под полюсом данной полярности. Например, щетка А соприкасается всегда только с той пластиной, с которой соединен проводник, находящийся под северным полюсом; наоборот, щетка В соприкасается только с тем проводником, который находится под южным полюсом.

Рисунок 6– Выпрямленная ЭДС и ток

Следовательно, по внешней цепи ток будет протекать только в одном направлении, а именно, от щетки А к щетке В; другими словами, происходит выпрямление наводимой в витке ab-cd переменной ЭДС и, соответственно, переменного тока в пульсирующую ЭДС и пульсирующий ток на щетках и, стало быть, во внешнем участке будет течь пульсирующий ток (рис. 1.7). Если, как это было показано условно выше, машина работает в режиме генератора, то щетка А, от которой ток отводится во внешнюю цепь, считается положительной и обозначается знаком «+», а щетка В, через которую ток поступает обратно в машину, считается отрицательной и обозначается знаком «-»(рис1.8).

Пульсация тока и ЭДС происходит в пределах от наибольшего его значения до нуля и носит ярко выраженный характер.

Пульсация ЭДС сглаживается, если уложить на якорь обмотку, состоящую из большого числа проводников, определенным образом выполненную и соединенную с коллекторными пластинами.

Рисунок 7– Зависимость пульсации ЭДС и тока от количества витков в обмотке якоря машины постоянного тока

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 384; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!