Электрические машины постоянного тока устройство и принцип действия: устройство и принцип действия, виды и схемы — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Машины постоянного тока устройство и принцип действия

В статье рассмотрено устройство простейшей машины постоянного тока, описан ее принцип действия. Дано определение принципа обратимости электрических машин и электромагнитной мощности.

Устройство простейшей машины

На рисунке 1 представлена простейшая машина постоянного тока, а на рисунке 2 дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении. Неподвижная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в машине основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рисунке 1 простейшей машины имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рисунке 1 не показано).

Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанной на рисунке 1 и рисунке 2 простейшей машине имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор наложены две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.

Основной магнитный поток в нормальных машинах постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Режим генератора

Рассмотрим сначала работу машины в режиме генератора.

Рисунок 1. Простейшая машина постоянного тока

Рисунок 2. Работа простейшей машины постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б)

Предположим, что якорь машины (рисунки 1 и 2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется э. д. с., направление которой может быть определено по правилу правой руки (рисунок 3, а) и показано на рисунках 1 и 2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта э. д. с. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется э. д. с. вращения.

Рисунок 3. Правила правой (а) и левой (б) руки

Значения индуктируемой в проводнике обмотки якоря э. д. с.

e_пр = B × l × v,

где B – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l – активная длина проводника, то есть та длина, на протяжении которой он расположен в магнитном поле; v – линейная скорость движения проводника.

В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые э. д. с., которые по контуру витка складываются, и поэтому полная э. д. с. якоря рассматриваемой машины

E_а = 2 × e_пр = 2 × B × l × v.

(1)

Э. д. с. E_а является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление э. д. с. в проводниках меняется. По форме кривая э. д. с. проводника в зависимости от времени t повторяет кривую распределения индукции B вдоль воздушного зазора (рисунок 4, а).

Частота э. д. с. f в двухполюсной машине равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:

f = n,

а в общем случае, когда машина имеет p пар полюсов с чередующейся полярностью,

f = p × n

(2)

Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в этой цепи, а также в обмотке якоря возникает ток I_а. В обмотке якоря этот ток будет переменным, и кривая его по форме аналогична кривой э. д. с. (рисунок 4, а). Однако во внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора. Действительно, при повороте якоря и коллектора (рисунок 1) на 90° и изменении направления э. д. с. в проводниках одновременно происходит также смена коллекторных пластин под щетками. Вследствие этого под верхней щеткой всегда будет находиться пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой – пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными.

Рисунок 4. Кривые э. д. с. и тока простейшей машины в якоре (а) и во внешней цепи (б)

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Изменив знак второго полупериода кривой на рисунке 4, а, получим форму кривой тока и напряжения внешней цепи (рисунок 4, б). Образуемый во внешней цепи пульсирующий по значению ток малопригоден для практических целей. Для получения практически свободных от пульсаций тока и напряжения применяют более сложные по устройству обмотку якоря и коллектор. Однако основные свойства машины постоянного тока могут быть установлены на примере рассматриваемой здесь простейшей машины.

Напряжение постоянного тока на зажимах якоря генератора будет меньше E_а на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря r_а:

U_а = E_а – I_а × r_а.

(3)

Проводники обмотки якоря I_а с током находятся в магнитном поле, и поэтому на них будут действовать электромагнитные силы (рисунок 2, а)

F_пр = B × l × I_а,

(4)

направление которых определяется по правилу левой руки (рисунок 3, б). Эти силы создают механический момент , который называется электромагнитным моментом и на рисунке 2, а равен

M_эм = F_пр × D_а = B × l × D_а × I_а,

(5)

где D_а – диаметр якоря. Как видно из рисунка 2, а, в режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозящим.

Режим двигателя

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы F_пр и возникнет электромагнитный момент M_эм. Величины F_пр и M_эм, как и для генератора, определяются равенствами (4) и (5). При достаточном значении M_эм якорь машины придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент M_эм при этом является движущим и действует в направлении вращения.

Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направление вращения генератора (рисунок 2, а) и двигателя (рисунок 2, б) были одинаковы, то направление действия , а следовательно, и направление тока I_а у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рисунок 2, б).

В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве инвертора тока.

Проводники обмотки якоря двигателя также вращаются в магнитном поле, и поэтому в обмотке якоря двигателя тоже индуктируется э. д. с. E_а, значение которой определяется равенством (1).

Направление этой э. д. с. в двигателе (рисунок 2, б) такое же, как и в генераторе (рисунок 2, а). Таким образом, в двигателе э. д. с. якоря E_а направлена против тока I_а и приложенного к зажимам якоря напряжения U_а. Поэтому э. д. с. якоря двигателя называется также противоэлектродвижущей силой.

Приложенное к якорю двигателя напряжение уравновешивается э. д. с. E_а и падением напряжения в обмотке якоря:

U_а = E_а + I_а × r_а.

(6)

Из сравнения равенств (3) и (6) видно, что в генераторе U_а < E_а , а в двигателе U_а > E_а.

Принцип обратимости

Из изложенного выше следует, что каждая машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.

Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.

Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.

Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в машинах переменного тока.

Преобразование энергии

На рисунке 5 показаны направления действия механических и электрических величин в якоре генератора и двигателя постоянного тока.

Рисунок 5. Направление э. д. с., тока и моментов в генераторе (а) и двигателе (б) постоянного тока

Согласно первому закону Ньютона в применении к вращающемуся телу, действующие на это тело движущие и тормозные вращающие моменты уравновешивают друг друга. Поэтому в генераторе при установившемся режиме работы электромагнитный момент

M_эм = M_в — M_тр — M_с,

(7а)

где M_в – момент на валу генератора, развиваемый первичным двигателем, M_тр – момент сил трения в подшипниках, о воздух и на коллекторе электрической машины, M_с – тормозной момент, вызываемый потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря. Эти потери мощности появляются в результате вращения сердечника якоря в неподвижном магнитном поле полюсов. Возникающие при этом электромагнитные силы оказывают на якорь тормозящее действие и в этом отношении проявляют себя подобно силам трения.

В двигателе при установившемся режиме работы

M_эм = M_в + M_тр + M_с,

(7б)

где M_в – тормозной момент на валу двигателя, развиваемый рабочей машиной (станок, насос и т. п.).

В генераторе M_эм является тормозным, а в двигателе – вращающим моментом, причем в обоих случаях M_в и M_эм противоположны по направлению.

Развиваемая электромагнитным моментом M_эм мощность P_эм называется электромагнитной мощностью и равна

P_эм = P_эм × Ω,

(8)

где

Ω = 2 × π × n,

(9)

представляет собой угловую скорость вращения.

Подставим в выражение (8) значение M_эм и Ω из равенств (5) и (9) и учтем, что линейная скорость на окружности якоря

Тогда получим

P_эм = 2 × B × l × D_а × I_а × π × n = 2 × B × l × v × I_а

или на основании выражения (1)

P_эм = E_а × I_а.

(10)

В обмотке якоря под действием э. д. с. E_а и тока I_а развивается внутренняя электрическая мощность якоря

P_а= E_а × I_а.

(11)

Согласно равенствам (10) и (11), P_эм = P_а, т. е. внутренняя электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, развиваемой электромагнитным моментом, что отражает процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и обратный процесс в двигателе.

Умножим соотношения (3) и (6) на I_а. Тогда для генератора будем иметь

U_а × I_а = E_а × I_а – I_а² × r_а

(12)

и для двигателя

U_а × I_а = E_а × I_а + I_а² × r_а.

(13)

Левые части этих выражений представляют собой электрические мощности на зажимах якоря, первые члены правых частей – электромагнитную мощность якоря и последние члены – электрические потери мощности в якоре.

Хотя приведенные соотношения получены для простейшей машины постоянного тока (рисунок 1), они действительны и в общем случае при более сложной обмотке якоря, так как э. д. с. и моменты отдельных проводников складываются. Эти соотношения являются выражением закона сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в машине постоянного тока.

Согласно им, механическая мощность, развиваемая на валу генератора первичным двигателем, за вычетом механических и магнитных потерь, превращается в электрическую мощность в обмотке якоря, а электрическая мощность за вычетом потерь в этой обмотке выдается во внешнюю цепь. В двигателе электрическая мощность, подводимая к якорю из внешней цепи, частично расходуется на потери в обмотке якоря, а остальная часть этой мощности превращается в мощность электромагнитного поля и последняя – в механическую мощность, которая за вычетом потерь на трение и потерь в стали якоря передается рабочей машине.

Установленные выше применимо к машине постоянного тока общие закономерности превращения энергии в равной степени относятся также к машинам переменного тока.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Общая электротехника с основами электроники

Попов В. С., Николаев С. А. Общая электротехника с основами электроники, М., «Энергия», 1972, — 504 c.

В книге рассмотрены электрические цепи, электрические машины и трансформаторы, электротехнические намерения и приборы, электропривод и аппаратура управления, передача и распределение электрической энергии, электронные лампы, газоразрядные приборы, полупроводниковые приборы, фотоэлектрические приборы, усилители и генераторы,

Книга предназначена для учащихся техникумов неэлектротехнических специальностей.

Предисловие
Введение
Часть первая. Общая электротехника
1-1. Основные понятия
1-2. Электрическое напряжение. Потенциал
1-3. Электропроводность
1-4. Электрическая емкость. Конденсаторы
1-5. Соединение конденсаторов
1-6. Энергия электрического поля
1-8. Электроизоляционные материалы
Глава вторая. Электрические цепи постоянного тока
2-1. Электрический ток
2-2. Электрическая цепь и ее элементы
2-3. Закон Ома
2-4. Электрические сопротивление и проводимость
2-5. Зависимость сопротивления от температуры
2-6. Проводниковые материалы
2-7. Работа и мощность
2-8. Преобразование электрической энергии в тепловую
2-9. Электрическая нагрузка проводов и защита их от перегрузки

2-10. Потеря напряжения в проводах
2-11. Первый закон Кирхгофа
2-12. Последовательное соединение сопротивлений — приемников энергии
2-13. Параллельное соединение сопротивлений — приемников энергии
2-14.

Смешенное соединение сопротивлений
2-15. Два режима работы источника питания
2-16. Второй закон Кирхгофа
2-17. Расчет сложных цепей
2-18. Химические источники питания
2-19. Соединение химических источников питания
2-20. Нелинейные электрические цепи
2-21. Лабораторная работа. Потеря напряжения в линии
Глава третья. Электромагнетизм
3-1. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Магнитный поток
3-2. Электромагнитная сила
3-3. Взаимодействие параллельных проводов с токами
3-4. Магнитная проницаемость
3-5. Напряженность магнитного поля. Магнитное напряжение
3-6. Закон полного тока
3-7. Магнитное поле катушки с током
3-8. Ферромагнетики, их намагничивание и перемагничивание
3-9. Ферромагнитные материалы
3-10. Магнитная цепь и ее расчет
3-11. Электромагниты
3-12. Электромагнитная индукция
3-13. Принцип работы электрического генератора
3-14. Принцип работы электродвигателя
3-15. Вихревые токи
3-16.

Индуктивность. Электродвижущая сила самоиндукции
3-17. Энергия магнитного поля
3-18. Взаимная индуктивность
Глава четвертая. Электрические машины постоянного тока
4-1. Назначение машин постоянного тока
4-2. Устройство машины постоянного тока
4-3. Принцип работы машины постоянного тока
4-4. Устройство обмотки якоря
4-5. Электродвижущая сила обмотки якоря
4-6. Электромагнитный момент на валу машины
4-7. Механическая мощность машины постоянного тока
4-8. Реакция якоря машины постоянного тока
4-9. Коммутация тока
4-10. Понятие о номинальных данных и характеристиках электрических машин
4-11. Генератор с независимым возбуждением
4-12. Генератор с параллельным возбуждением
4-13. Генератор со смешанным возбуждением
4-14. Электродвигатели постоянного тока
4-15. Электродвигатель с параллельным возбуждением
4-16. Электродвигатель с независимым возбуждением
4-17. Электродвигатели с. последовательным и со смешанным возбуждением
4-18.

Потери и коэффициент полезного действия
4-19. Лабораторная работа. Электродвигатель с параллельным возбуждением
4-20. Лабораторная работа. Генератор с параллельным возбуждением
Главе пятая. Основные понятия, относящиеся к переменным токам
5-1. Переменный ток
5-2. Получение синусоидальной э. д. с.
5-3. Сдвиг фаз
5-4. Действующие значения тока и напряжения
5-5. Векторная диаграмма
Глава шестая. Цепи переменного тока
6-1. Особенности цепей переменного тока
6-2. Цепь с сопротивлением
6-3. Цепь с индуктивностью
6-4. Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью
6-5. Неразветвленная цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями
6-6. Разветвленная цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями
6-7. Цепь с емкостью
6-8. Колебательный контур
6-9. Резонанс напряжений
6-10. Резонанс токов
6-11. Коэффициент мощности
6-12. Активная и реактивная энергия
6-13. Лабораторная работа. Цепь переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью

6-14.

Лабораторная работа. Параллельное соединение катушки и конденсатора
Глава седьмая. Трехфазные цепи
7-1. Трехфазные системы
7-2. Соединение обмоток генератора звездой
7-3. Соединение обмоток генератора треугольником
7-4. Соединение приемников энергии звездой
7-5. Соединение приемников энергии треугольником
7-6. Лабораторная работа. Трехфазные цепи
Глава восьмая. Электротехнические измерения и приборы
8-1. Основные понятия
8-2. Классификация электроизмерительных приборов
8-3. Измерительные механизмы приборов
8-4. Измерение тока и напряжения
8-5. Измерение мощности
8-6. Измерение электрической энергии
8-7. Измерение сопротивлений
8-8. Измерение неэлектрических величин электрическими методами
8-9. Лабораторная работа. Измерение сопротивлений
8-10. Лабораторная работа. Поверка индукционного счетчика
8-11. Лабораторная работа. Измерение мощности в трехфазной цепи
Глава девятая. Трансформаторы
9-1. Назначение трансформаторов
9-2.

Принцип действия и устройство однофазного трансформатора
9-3. Холостой ход однофазного трансформатора
9-4. Работа нагруженного трансформатора и диаграмма магнитодвижущих сил (м. д. с.)
9-5. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке
9-6. Мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора
9-7. Трехфазный трансформатор
9-8. Регулирование напряжения трансформаторов
9-9. Автотрансформаторы
9-10. Трансформаторы для дуговой электросварки
9-11. Измерительные трансформаторы
9-12. Коэффициент полезного действия трансформатора
9-13. Нагрев и охлаждение трансформаторов
9-14. Лабораторная работа. Однофазный трансформатор
Глава десятая. Электрические машины переменного тока
10-1. Назначение машин переменного тока. Асинхронные электродвигатели
10-2. Получение вращающегося магнитного поля
10-3. Обмотка статора асинхронного электродвигателя
10-4. Обмотка ротора асинхронного двигателя
10-5. Принцип действия асинхронного двигателя
10-6.

Электродвижущие силы в обмотках статора и ротора
10-7. Сопротивления обмотки ротора
10-8. Токи в обмотке ротора
10-9. Вращающий момент двигателя
10-10. Пуск в ход асинхронных двигателей
10-11. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя
10-12. Однофазный асинхронный двигатель
10-13. Потери и к. п. д. асинхронного двигателя
10-14. Синхронные машины
10-15. Универсальный коллекторный двигатель
10-16. Лабораторная работа. Трехфазный асинхронный электродвигатель
Глава одиннадцатая. Электропривод и аппаратура управления
11-1. Система электропривода
11-2. Нагрев и охлаждение электрических машин
11-3. Выбор мощности двигателя при продолжительном режиме
11-4. Выбор мощности двигателя при кратковременном режиме
11-5. Выбор мощности двигателя при повторно-кратковременном режиме
11-6. Рубильники
11-7. Пакетные выключатели
11-8. Реостаты для пуска и регулирования электродвигателей
11-9. Контроллеры
11-10. Плавкие предохранители
11-11.

Автоматические воздушные выключатели
11-12. Контакторы
11-13. Реле
11-14. Схема управления асинхронным двигателем с помощью реверсивного магнитного пускателя
11-15. Схема включения двухскоростного асинхронного двигателя
11-16. Автоматический пуск асинхронного двигателя с кольцами
11-17. Автоматический пуск двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
11-18. Лабораторная работа. Сборка и проверка работы схемы релейноконтакторного управления трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
Глава двенадцатая. Передача и распределение электрической энергии
12-1. Схемы электроснабжения промышленных предприятий.
12-2. Трансформаторные подстанции и распределительные устройства промышленных предприятий
12-3. Электрические сети промышленных предприятий
12-4. Защитное заземление
Часть вторая. Основы промышленной электроники
13-1. Классификация и применение электронных приборов
13-2. Движение электронов в электрическом поле
13-3.

Движение электронов в магнитном поле
13-4. Электронная эмиссия
13-5. Катоды электровакуумных приборов
13-6. Двухэлектродные электронные лампы — диоды
13-7. Применение двухэлектродных ламп
Глава четырнадцатая. Трехэлектродные лампы. Четырех- и пятиэлектродные лампы. Усилители
14-1. Устройство и принцип работы триода
14-2. Статические характеристики триода
14-3. Параметры триода
14-4. Простейший каскад усиления
14-5. Характеристики и параметры простейшего каскада усиления
14-6. Типы триодов
14-7. Четырехэлектродные лампы — тетроды
14-8. Пятиэлектродные лампы — пентоды
14-9. Комбинированные и многосеточные лампы. Типы ламп
14-10. Общие понятия, относящиеся к усилителям
14-11. Режимы работы усилителей
14-12. Многокаскадные ламповые усилители
14-13. Обратная связь в усилителях
14-14. Лабораторная работа. Снятие анодных и анодно-сеточных характеристик триода и определение по ним статических параметров
14-15. Лабораторная работа.

Снятие частотных характеристик усилителя напряжения низкой частоты
Глава пятнадцатая. Газоразрядные приборы и их применение
15-1. Виды газового разряда и его вольт-амперная характеристика
15-2. Ионные приборы с несамостоятельным дуговым разрядом
15-3. Приборы с тлеющим разрядом
15-4. Ионные приборы с самостоятельным дуговым разрядом
15-5. Обозначения газоразрядных приборов
15-6. Лабораторная работа. Снятие анодносеточных и пусковых характеристик тиратрона
Глава шестнадцатая. Электронные генераторы. Осциллографы
16-1. Генераторы синусоидальных напряжений
16-2. Зарядка и разряд конденсатора
16-3. Релаксационные генераторы (генераторы пилообразного напряжения)
16-4. Мультивибраторы
16-5. Электроннолучевые трубки
16-6. Электроннолучевой осциллограф
16-7. Обозначения электроннолучевых трубок
16-8. Лабораторная работа. Экспериментальное, определение кривых напряжений в схемах выпрямителей
Глава семнадцатая. Полупроводниковые приборы и их применение
17-1.

Собственная электропроводность полупроводников
17-2. Примесная электропроводность полупроводников
17-3. Полупроводниковый вентиль
17-4. Германиевые и кремниевые диоды
17-5. Меднозакисные и селеновые диоды
17-6. Применение полупроводниковых вентилей и схемы выпрямителей
17-7. Обозначения полупроводниковых диодов
17-8. Кремниевые стабилитроны (опорные диоды)
17-9. Транзисторы
17-10. Применение транзисторов для усиления колебаний
17-11. Схемы включения и характеристики транзисторов
17-12. Обозначения полупроводниковых триодов
17-13. Лабораторная работа. Снятие характеристик транзистора
Глава восемнадцатая. Фотоэлектронные приборы и электронные реле
18-1. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом
18-2. Фоторезисторы
18-3. Полупроводниковые фотоэлементы
18-4. Электронные и ионные реле
18-5. Лабораторная работа. Электронное реле — триггер

Двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока представляет собой электрическую машину, преобразующую электрическую энергию в механическую. Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила. Узнайте все, что связано с двигателем постоянного тока, на этой странице.

См. статьи о двигателях постоянного тока

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что когда проводник с током помещается в

Продолжить чтение

Почему электродвигатели оцениваются в кВт, а не в кВА?

В отличие от генераторов и трансформаторов мощность электродвигателей измеряется в кВт, а не в кВА. Мы уже обсуждали, почему электрические трансформаторы рассчитаны на кВА. В этой статье объясняется, почему электродвигатели

Продолжить чтение

Уравнения напряжения и мощности двигателя постоянного тока | Состояние максимальной мощности

В этом посте мы рассмотрим уравнение напряжения и мощности двигателя постоянного тока и условие максимальной мощности двигателя постоянного тока. Уравнение напряжения

Продолжить чтение

Испытания машин постоянного тока (двигатель постоянного тока и генератор постоянного тока)

Существует несколько тестов, которые проводятся для тестирования машины постоянного тока (генератора или двигателя) для оценки ее производительности. Наиболее важные тесты производительности, которые необходимо провести на dc

Продолжить чтение

Тест Суинберна для машины постоянного тока (генератор и двигатель)

Тест Суинберна — простейший непрямой метод тестирования машин постоянного тока. В этом методе машина постоянного тока (генератор или двигатель) работает как двигатель на холостом ходу и с потерями

Продолжить чтение

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой — работа и характеристики

Прежде чем перейти к работе и характеристикам двухфазного асинхронного двигателя, мы должны сначала понять, почему однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно. Чтобы сделать однофазный асинхронный двигатель самозапускающимся,

Продолжить чтение

Управление скоростью шунтирующих двигателей постоянного тока

Различные методы управления скоростью в шунтовых двигателях постоянного тока поясняются ниже. Метод управления потоком Метод управления якорем Метод управления напряжением Множественное управление напряжением Система Уорда Леонарда Связанная тема

Продолжить чтение

Управление скоростью двигателей серии постоянного тока

Хотя гораздо больший процент электродвигателей, находящихся в эксплуатации, представляют собой двигатели переменного тока, двигатель постоянного тока имеет большое промышленное значение. Основное преимущество двигателя постоянного тока состоит в том, что его скорость

Продолжить чтение

Управление скоростью двигателя постоянного тока (шунтовое, последовательное и составное)

Регулирование скорости двигателя постоянного тока осуществляется различными методами. Существует три типа двигателей постоянного тока. Для каждого из них существуют разные способы управления скоростью. Каждый из

Продолжить чтение

Контактные кольца и их связь с современной техникой

Токосъемные кольца представляют собой небольшие устройства, играющие очень важную роль во всех типах устройств, оборудования и машин всех размеров, от самых маленьких до самых больших

Продолжить чтение

Однофазный асинхронный двигатель – принцип работы и конструкция

Однофазные двигатели наиболее известны среди полностью электрических двигателей, поскольку они широко используются в бытовой технике, магазинах, офисах и т. д. Действительно, однофазные двигатели менее эффективны

Продолжить чтение

Необходимость стартера (3 и 4 точки) в двигателях постоянного тока

Мы используем 3- и 4-точечные пускатели в двигателях постоянного тока. Что произойдет, если двигатель постоянного тока запустится без стартера? Давайте проверим это. Рассмотрим двигатель постоянного тока в состоянии покоя. Когда

Продолжить чтение

Потери в машине постоянного тока (генератор постоянного тока и двигатель)

Потери в машине постоянного тока (генераторе или двигателе) можно разделить на три класса: потери в меди, потери в железе или сердечнике и механические потери. Все эти потери проявляются в виде тепла

Продолжить чтение

Испытание сопротивления изоляции (испытание ИК) или испытание мегомметром

Проверка сопротивления изоляции или ИК-теста проводится инженерами по техническому обслуживанию, чтобы убедиться в исправности всей системы изоляции электрооборудования. Отражает наличие или отсутствие

Продолжить чтение

Как сделать двигатель постоянного тока дома?

Двигатели постоянного тока работают по принципу преобразования электрической энергии (от батареи или источника напряжения) в механическую энергию (используемую для вращения). Вы думаете сделать

Продолжить чтение

Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока?

Существует два типа двигателей постоянного тока — коллекторный двигатель постоянного тока и бесщеточный двигатель постоянного тока. Направление вращения этих двигателей контролируется разными методами. Коллекторный двигатель постоянного тока

Продолжить чтение

Как работает Star Delta Starter?

Пуск по схеме «звезда-треугольник» часто называют «мягким пуском» двигателя. Но что мягкого в его методе старта? Почему это используется? Каковы преимущества? Каковы недостатки? В

Продолжить чтение

Кольцо Грамма и якорь с барабанной обмоткой в двигателях постоянного тока

Двигатель постоянного тока может быть изготовлен с использованием различных типов якоря в зависимости от его применения. Есть 2 вида арматуры. Арматура Gramme Ring Арматура барабанной обмотки Gramme Ring Арматура

Продолжить чтение

Уравнение ЭДС генератора постоянного тока: вывод с примерами

Генератор постоянного тока представляет собой машину, которая преобразует механическую энергию (или мощность) в электрическую энергию (или мощность). Преобразование энергии основано на принципе производства динамических

Продолжить чтение

Электрический и механический шум в двигателях

В электродвигателе возникают два типа шумов: электрический шум и механический шум. Причины лечебных мероприятий для обоих обсуждаются в этом

Продолжить чтение

Техническое обслуживание электродвигателя: профилактическое, профилактическое и оперативное обслуживание

Электродвигатели нуждаются в регулярном техническом обслуживании, чтобы избежать поломок и продлить срок их службы. Как правило, двигатели и их детали следует обслуживать и проверять не реже одного раза в 6 месяцев. Затем

Продолжить чтение

Конструкция машины постоянного тока (генератор и двигатель)

Генераторы постоянного тока и двигатели постоянного тока имеют одинаковую общую конструкцию. На самом деле, когда машину собирают, рабочие обычно не знают, является ли она двигателем постоянного тока

. Продолжить чтение

Компенсационные обмотки и межполюсники в машинах постоянного тока

Компенсационные обмотки и промежуточные полюса являются одним из важных шагов, предпринятых для минимизации нежелательного эффекта реакции якоря в машинах постоянного тока. Реакция якоря вызывает много нежелательных эффектов на

Продолжить чтение

Характеристики двигателя серии постоянного тока

В этом посте мы рассмотрим характеристики двигателя постоянного тока. Серийный двигатель постоянного тока — это тип двигателя постоянного тока, в котором обмотка возбуждения подключена

Продолжить чтение

Обратная ЭДС и ее значение в двигателе постоянного тока

Что такое обратная ЭДС? Когда якорь двигателя постоянного тока вращается под действием движущего момента, проводники якоря движутся через магнитное поле, и, следовательно, индуцируется ЭДС

Продолжить чтение

Реакция якоря в двигателях постоянного тока

Реакция якоря также происходит в двигателе постоянного тока точно так же, как реакция якоря в генераторе постоянного тока. Это ожидаемо, потому что, когда ток течет по проводникам якоря двигателя постоянного тока,

Продолжить чтение

Реакция якоря в генераторе постоянного тока

Чтобы понять концепцию реакции якоря в генераторе постоянного тока, ознакомьтесь с предыдущими статьями, описывающими конструкцию генератора постоянного тока. Концепция реакции якоря хорошо объяснена

Продолжить чтение

5 типов двигателей постоянного тока | Серия, Шунт и Соединение

Как и генераторы постоянного тока, существуют различные типы двигателей постоянного тока, характеризующиеся соединением обмотки возбуждения с якорем. Это двигатели постоянного тока с шунтирующей обмоткой серии

. Продолжить чтение

4 основные проблемы в двигателе постоянного тока с причинами

Анализ зоны неисправности двигателя постоянного тока является жизненно важным планом любой программы технического обслуживания двигателя постоянного тока. В двигателе постоянного тока может возникнуть несколько проблем. Некоторые из них обсуждаются ниже: Неудача

Продолжить чтение

19. Машины постоянного тока — Преобразование электроэнергии EE2E11
В этой лекции мы узнаем, как постоянно генерируются напряжение и крутящий момент в машине постоянного тока, как устроены машины постоянного тока и каковы мотивы их создания современным способом.
19.1. Общий принцип и конструкция электрических машин
Сначала рассмотрим общий принцип работы электрических машин.
Как мы узнали из предыдущей лекции, мы знаем, что работа электрических машин основана на законе индукции Фарадея и силе Лоренца. Из двух законов мы знаем, что для того, чтобы электрическая машина работала, нам нужен как электрический ток, так и магнитное поле. Следовательно, в конструкции электрической машины нам нужны катушки для поддержания тока генерации крутящего момента/силы \(i\) и индуцированного напряжения \(e\), а также компоненты для создания и передачи магнитного поля \(B \).
Компонент, поддерживающий ток генерации крутящего момента/силы \(i\) и наведенное напряжение \(e\), также называется якорем.
На практике мы можем создать магнитное поле либо из тока, протекающего по обмотке ( обмотка возбуждения ) на основе закона Ампера, либо из постоянных магнитов.
В зависимости от того, где генерируется индуцированное напряжение и где генерируется поле, мы можем классифицировать электрические машины на три основные категории.
Машина постоянного тока
Якорь находится со стороны ротора, а магнитное поле создается статором. Обмотка якоря пропускает переменный ток, но она механически выпрямляется в постоянный ток с помощью коллекторно-щеточного механизма, как мы показали в последней лекции и подробно исследуем позже в этой лекции.
Синхронная машина
Якорь находится на стороне статора, где генерируется наведенное переменное напряжение и протекает переменный ток. Обмотка возбуждения размещена на роторе, по которому течет постоянный ток.
Асинхронная машина
Ток на стороне статора и ротора переменный. В состоянии покоя асинхронная машина работает как трансформатор с воздушным зазором. При вращении ротора в обмотке ротора протекает ток с частотой скольжения (разница между частотой питания статора и частотой вращения ротора).
В этой лекции мы сначала подробно проанализируем машину постоянного тока.
19.3. Обновите простую машину постоянного тока
Тогда мы могли бы на практике модернизировать корпус с одной петлей до машины постоянного тока.
Одноконтурная машина постоянного тока имеет высокие пульсации напряжения, тока и крутящего момента, а также большой воздушный зазор. Для решения проблем необходимо более практичное строительство.
В реалистичных машинах постоянного тока, чтобы сделать их более эффективными и менее пульсирующими, мы добавляем магнитные сердечники к ротору и статору. Как видно на слайдах, магнитные полюса образованы сердечником статора, а между полюсами размещен круглый ротор. Равномерный круглый воздушный зазор в радиальном направлении образован статором и ротором. Магнитные сердечники формируют линии магнитного потока таким образом, что они всегда перпендикулярны поверхностям цилиндрического ротора и полюсным поверхностям статора, за исключением 9\круг\). Поэтому форма волны радиальной плотности потока в воздушном зазоре становится плоской.
За счет добавления магнитопровода магнитная проницаемость магнитопровода также значительно увеличивается, следовательно, нам потребуется гораздо меньший ток возбуждения для возбуждения того же \(B\) (закон Ампера). Еще одним преимуществом добавления магнитного сердечника является то, что теперь катушки могут быть встроены в прорези, пробитые на магнитном сердечнике. Таким образом катушки лучше защищены.
Как видно из формы сигнала \(B\) на слайде, плотность радиального потока с плоской вершиной приведет к постоянному наведенному напряжению, когда проводники катушки находятся ниже полюсных поверхностей, т. е. \(e_{DC} = \omega Blw\), крутящий момент также постоянен \(T = Bliw\). 9\circ\), индуцированное напряжение и крутящий момент можно считать равными нулю из-за резкого падения плотности потока в межполюсных полюсах.
На практике, чтобы исключить внезапное падение крутящего момента и наведенного напряжения, мы обычно используем несколько катушек якоря, расположенных вдоль цилиндра ротора, чтобы сформировать обмотку якоря . И чтобы увеличить индуцированное напряжение, чтобы требовался меньший ток, мы можем использовать несколько контуров катушки для формирования одной катушки. Каждый виток катушки называется витком . Поэтому базовым узлом обмотки машины является виток . Несколько витков образуют катушку , а несколько витков составляют обмотку . Чтобы сформировать обмотку из нескольких катушек, мы могли бы соединить их последовательно, параллельно или смешанным образом, в зависимости от типа электрической машины и электрических требований.
Точно так же у нас может быть более 2 полюсов в машине постоянного тока, каждый полюс имеет свою катушку возбуждения, и все катушки соединены между собой последовательно или параллельно, чтобы сформировать обмотка возбуждения .
Примечание
В английском языке три компонента называются английскими: поворот, катушка и обмотка соответственно. Однако по-голландски они называются соответственно намотки, spoel, wikkeling. Слово «winding» по-голландски на самом деле означает «поворот» по-английски.
На этом слайде показано, как на практике создается реалистичная машина постоянного тока с использованием якорной обмотки с несколькими витками и присоединением концов каждого витка к коммутаторам. Когда ротор вращается, катушки проводят от одной к другой, чтобы создать более плавный крутящий момент и индуцированное напряжение.
Эта анимация может помочь вам понять, как многовитковая обмотка якоря машины постоянного тока коммутирует одну обмотку на другую.
Существует два основных способа присоединения выводов катушки якоря к коммутаторам для создания обмотки якоря.
Обмотка внахлестку
Как показано на верхнем рисунке, каждая катушка перекрывает следующую, так что через машину проходит столько путей тока якоря, сколько магнитных полюсов машины. Итак, если \(a\) — количество параллельных цепей в якоре, \(P\) — количество полюсов, мы имеем \(a=P\) для обмотки внахлестку.
Волновая обмотка
Волновая обмотка также называется последовательной обмоткой. Как показано на нижнем рисунке, катушки следуют друг за другом на поверхности якоря в виде волн, так что существуют два параллельных пути тока. Следовательно, для волновой обмотки \(a=2\).
Очевидно, что круговая обмотка больше подходит для низковольтных сильноточных приложений, а волновая обмотка больше подходит для высокого напряжения и слаботочных приложений.
19.4. Константа машины
Поняв принципы работы, теперь давайте изучим количественный способ анализа производительности машины постоянного тока.
Из предыдущего анализа мы знаем, что если есть \(N\) витков, соединенных последовательно, общее индуцированное напряжение будет \(e_{max} = \omega NBlw\). Количество витков в ряду \(N\) можно получить из общего количества проводников во всех пазах якоря \(Z\), деленного на количество параллельных путей \(a\), поэтому
\[ e_{max} = \frac{Z\omega Blw}{a}, \]
где \(w = 2r\) — ширина пролета катушки.
Общая площадь поверхности цилиндра якоря равна \(A = 2\pi r l = \pi w l\). Площадь поверхности на магнитный полюс равна \(A_p = A/P = \frac{\pi l w}{P}\).
Исходя из площади на полюс и плотности потока, предполагая, что плотность потока всегда перпендикулярна цилиндрической поверхности якоря, получают поток на полюс
\[ \phi_P = BA_P = \frac{2\pi rl B}{P} = \frac{\pi l w B}{P}. \]
Требуется время \(\mathrm{d} t = 2\pi/(P\omega)\), чтобы якорь вращался от одного магнитного полюса к другому. За это время потокосцепление изменится на
\[ \mathrm{d}\lambda = N[\phi_P — (-\phi_P)] = 2N\phi_P. \]
По закону Фарадея индуцированное напряжение равно
\[\начать{разделить} \начать{выравнивать} e_ {max} &= \ frac {\ mathrm {d} \ lambda} {\ mathrm {d} t} \\ &= \frac{2N\phi_P}{2\pi/(P\omega)} \\ &= \frac{NP}{\pi}\phi_P\omega \\ &= \frac{ZP}{\pi a}\phi_P\omega. \end{выравнивание} \конец{разделить}\]
Если мы соберем все геометрические параметры в приведенном выше уравнении и назовем его машинной константой \(k_m\), мы получим
\[ K_m = \frac{ZP}{\pi a}. \]
и
\[ e = K_m\phi_P \omega. \]
Здесь вывод сделан на основе \(e = \mathrm{d} \lambda /\mathrm{d} t\), что дает нам те же результаты, что и вывод на основе \(e=Blv\) показано на слайде. Легко вывести, что машинная постоянная является безразмерной константой.
На этом слайде общий крутящий момент получается путем суммирования крутящего момента, приложенного ко всем последовательно соединенным виткам. Мы также можем вывести его из баланса сил. Электромагнитная мощность равна \(P_{em} = eI = K_m\phi_P\omega I\), что равно механической мощности, создаваемой машиной постоянного тока,
\[ P_{mec} = T\omega = P_{em} = K_m\phi_P\omega I, \]
так что у нас есть
\[ T = K_m \phi_P I. \]
Как видите, константа машины \(K_m\) связывает электрическую цепь и механическую систему машины постоянного тока.
19.5. Настоящая конструкция машины постоянного тока
Теперь давайте посмотрим на некоторые реалистичные конструкции машины постоянного тока, чтобы узнать, как выглядит настоящая машина постоянного тока.
То, что вы видите на слайде, представляет собой машину постоянного тока с обмоткой возбуждения или машину постоянного тока с обмоткой возбуждения , где две большие катушки на стороне статора используются для возбуждения магнитного поля. Справа нарисована схема, показывающая его конструкцию.
Здесь вы видите машину постоянного тока с постоянными магнитами , внутри которого магнитное поле создается постоянными магнитами, установленными на внутренней стенке статора. Вы также можете увидеть еще одну небольшую машину постоянного тока, прикрепленную к тому же валу слева. Это тахогенератор, используемый для измерения скорости вращения. Чем быстрее машина вращается, тем большее наведенное напряжение измеряется от тахогенератора. Поэтому мы преобразуем сигнал скорости в электрический сигнал, что облегчает нам электронное управление скоростью машины.
Приведенное ниже домашнее задание предназначено для того, чтобы вы могли попрактиковаться в том, чему мы сегодня научились. После прочтения лекции вы должны уметь различать моторный и генераторный режимы работы, а также использовать константу машины для решения подобных вопросов.
Попробуйте решить домашнее задание самостоятельно. Вы можете щелкнуть и проверить код ниже, чтобы проверить свои ответы.
Примечание
Обратите внимание на то, какие обозначения двигателя или генератора используются при решении задач электрических машин. В этих двух обозначениях положительное направление тока различно.