Принцип дії машин постійного струму, електротехніка

Принцип дії машин постійного струму

Принцип дії машин постійного струму.

Принцип дії генератора. Найпростіший генератор можна представити у вигляді витка, що обертається в магнітному полі (рис. 1.4, а, б). Кінці витка виведені на дві пластини колектора. До колекторним пластин притискаються нерухомі щітки, до яких підключається зовнішня ланцюг.

Принцип роботи генератора заснований на явищі електромагнітної індукції. Нехай виток приводиться в обертання від зовнішнього приводного двигуна ПД. Провідники активної частини витка перетинають магнітне поле і в них за законом електромагнітної індукції наводяться ЕРС e1 і e2, напрямок яких визначається за правилом правої руки. При обертанні витка у напрямку руху годинникової стрілки в верхньому провіднику, що знаходиться під північним полюсом, ЕРС спрямована від нас, а в нижньому, що знаходиться під південним полюсом, - до нас. По ходу витка ЕРС складаються, результуюча ЕРС е = е1 - е2.

Якщо зовнішня ланцюг замкнута, то по ній потече струм, спрямований від нижньої щітки до споживача і від нього - до верхньої щітці. Нижня щітка виявляється позитивним висновком генератора, а верхня - негативним. При повороті витка на 180 ° провідники із зони одного полюса переходять в зону іншого полюса і напрямок ЕРС в них змінюється на протилежне. Одночасно верхня колекторна пластина входить в контакт з нижньої щіткою, а нижня - з верхньої, напрямок струму в зовнішньому ланцюзі не змінюється. Таким чином, колекторні пластини не тільки забезпечують з'єднання крутного витка з зовнішньої ланцюгом, а й виконують роль переключається пристрою, т. Е. Є найпростішим механічним випрямлячем.

Принцип дії двигуна. Те ж пристрій працює в режимі електричного двигуна (рис. 1.5), якщо до щіток підвести постійна напруга. Під дей-наслідком напруги U через щітки, пластини колектора і виток потече струм i. Згідно із законом електромагнітної сили (закон Ампера) взаємодія струму і магнітного поля В створює силу f, яка спрямована перпендикулярно i. Напрямок сили f визначається правилом лівої руки (рис. 1.5): на верхній провідник сила діє вправо, на нижній - вліво. Ця пара сил створює крутний момент Мвр, що повертає виток за годинниковою стрілкою. При переході верхнього провідника в зону південного полюса, а нижнього - в зону північного полюса кінці провідників і з'єднані з ними колекторні пластини вступають в контакт зі щітками інший полярності.

Напрямок струму в провідниках витка змінюється на проти-воположное, а напрямок сил f, моменту Мвр і струму в зовнішньому ланцюзі не змінюється. Виток безперервно буде обертатися в магнітному полі і може призводити в обертання вал робочого механізму (РМ).

Таким чином, колектор в режимі двигуна не тільки забезпечує контакт зовнішньої ланцюга з витком, а й виконує функцію механічного інвертора, тобто перетворює постійний струм у зовнішній ланцюга в змінний струм у витку.

Розгляд принципу дії показує, що машина постійного струму може працювати як в режимі генератора, так і в режимі двигуна, т. Е. Має властивість оборотності.

Протидіє момент і протидії ЕРС. При роботі машини в режимі генератора по замкнутій зовнішньої ланцюга і витка обмотки якоря протікає струм, напрямок якого збігається з напрямком ЕРС (рис. 1.4,6), взаємодія струму з магнітним полем полюсів створює момент М, спрямований в даному випадку проти годинникової стрілки. Так як прикладений до витка крутний момент приводного двигуна Мвр спрямований за годинниковою стрілкою, то виникає при роботі генератора момент називається протидіє моментом Мnp. По суті виникнення Мпр - це реакція машини на вплив зовнішнього моменту Мвр. а фізична природа протидіє моменту та ж, що і крутного моменту у двигуна. У сталому режимі роботи генератора між Мвр і МПР встановлюється рівновага і Мвр = МПР.

При роботі машини в режимі двигуна провідники якоря перетинають магнітне поле і в них наводиться ЕРС (рис. 1.5, б). Її напрямок визначається за правилом правої руки. В даному випадку вона спрямована проти струму і, отже, назустріч прикладеній напрузі мережі U і тому називається протидії ЕРС Enp. Фізична природа протидії ЕРС та ж, що і ЕРС генератора. У сталому режимі роботи двигуна між Enp і U встановлюється рівновага і можна вважати, що Enp ≈ U.

Таким чином, при роботі машини постійного струму в будь-якому режимі в обертових провідниках наводиться ЕРС Е і виникає момент М, але роль їх в різних режимах різна.