Основные положения принципа обратимости электрических машин

Занятие 1.

1. Назначение, классификация, обратимость электрических машин.

2. Электрические генераторы: классификация, устройство, принцип действия, характеристики, эксплуатация, к.п.д.

1. Электрические машины — это устройства преобразующие механическую энергию в электрическую и наоборот, а так же машины преобразующую электрическую энергию одних параметров в электрическую энергию других параметров.

Классификация электрических машин по назначению:

− генераторы

− двигатели

− тахогенераторы (для преобразования частоты вращения в электрический сигнал)

− электромашинные усилители (усилители мощности электрических сигналов)

− синхронные компенсаторы (для повышения коэффициента мощности)

− индукционные регуляторы (для регулирования напряжения переменного тока)

− сельсины (для получения электрических сигналов, пропорциональных углу поворота вала)

− и т. п.

Классификация электрических машин по назначению:

− общего

− специального — выполненных с учетом специальных требований.

Классификация электрических машин по мощности:

− большой — несколько сотен мегаватт

− средней — более 10 кВт

− малой — 0,5 — 10 кВт

− микромашины — меньше 0,5 кВт

Классификация электрических машин по принципу действия:

Все электрические машины разделяются на коллекторные и бесколлекторные.

Бесколлекторные машины — это машины переменного тока — асинхронные и синхронные.

Коллекторные машины используют главным образом для работы на постоянном токе в качестве генераторов или двигателей. Лишь коллекторные машины небольшой мощности делают универсальными двигателями, способными работать как от сети постоянного, так и переменного тока.

На рисунке представлена диаграмма классификации электрических машин, содержащая основные их виды, получившие наибольшее применение в современной электроэнергетике.

Рисунок 1 - Диаграмма классификации электрических машин

 

Так же электрические машины одного принципа действия могут различаться схемами включения либо другими признаками, влияющими на эксплуатационные свойства этих машин. Например, асинхронные и синхронные машины могут быть трехфазными (включаемыми в трехфазную сеть) или однофазными. Асинхронные машины в зависимости от конструкции обмотки ротора могут быть с короткозамкнутым или фазным ротором. Синхронные машины и коллекторные машины постоянного тока в зависимости от способа создания в них магнитного поля возбуждения разделяют на машины с обмоткой возбуждения и машины с постоянными магнитами.

Основные положения принципа обратимости электрических машин

Согласно закону Био-Савара, на движущийся в магнитном поле проводник с током I действует сила F = Вli, (ВА) направление которой определяется по правилу левой руки. Поэтому если к щеткам машины переменного тока подвести переменный ток, то возникнет сила, которая заставит проводники аb и cd перемещаться в магнитном поле, и виток abcd начнет вращаться (рис. 2).

Необходимо только, чтобы частота f тока соответствовала в период пуска частоте вращения n, т.к. f = pn. Аналогичное явление будет иметь место, если к щеткам машины постоянного тока подвести постоянный ток. Коллектор в этом случае будет играть роль инвертора, превращая подведенный постоянный ток в переменный внутри якоря (см. рис. 3).

Таким образом, мы получим электрический двигатель, который, в отличие от генератора преобразует электрическую энергию в механическую.

По закону Ленца, индуцированный ток всегда имеет такое направление, при котором возникающая электромагнитная сила стремится препятствовать тому изменению (движению), благодаря которому индуцируется ток.

Рис. 2. Простейший генератор переменного тока	Рис. 3. Простейший генератор постоянного тока

 

Рис. 4. Генератор дает переменную э.д.с., если концы рамки подключены к кольцам. Если же они подключены к полукольцам (пластинам коллектора), то ток в цепи будет пульсирующим.

 

На основании упомянутых выше законов и принципа работы простейших электрических машин можем сформулировать следующие основные положения энергопреобразования:

1) непосредственное взаимообратное преобразование механической и электрической энергии в индуктивных электрических машинах возможно лишь тогда, когда последняя является энергией переменного тока,

2) для такого энергопреобразования необходим электрический контур с изменяющейся индуктивностью (в нашем случае это поворачивающийся в магнитном поле виток),

3) для преобразования переменного тока в постоянный в электрическом контуре должно быть изменяющееся электрическое сопротивление (роль его в электрических машинах играет контакт щетка - коллектор, сопротивление которого меняется от бесконечности, когда щетка не касается коллекторной пластины, до некоторой минимальной величины, когда щетка полностью перекрывает пластину),

4) любая электрическая машина энергетически обратима, т. е. принципиально равноценно может работать и как генератор, и как двигатель,

5) поскольку для проявления закона электромагнитной индукции необходимо лишь относительное перемещение проводника и магнитного поля, то любая электрическая машина кинематически обратима, т. е. у нее может вращаться или якорь или индуктор.

 

2. Генераторами называют конструкции, которые преобразуют кинетическую энергию вращения в электричество.

По виду вырабатываемой электроэнергии генераторы бывают:

1. постоянного тока;

2. переменного.