Процесс преобразования энергии в электрических машинах

ФИЛИАЛ «СВЕРДЛОВСКАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА»

Пермское подразделение Свердловского учебного центра – образовательное структурное подразделение Свердловской железной дороги.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ПРОФЕССИИ

«ПОМОЩНИК МАШИНИСТА ТЕПЛОВОЗА»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Электрические машины

Занятие 1-2

Автор: преподаватель Пневчук А.Г.

 

Рассмотрено на заседании цикловой комиссии УЦПК-3 и рекомендовано для доработки в формат конспекта и использования в качестве учебного пособия для учащихся в группах подготовки по профессиям «Помощник машиниста тепловоза».

Пермь 2020

Тема 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ

Процесс преобразования энергии в электрических машинах

 

Электрические машины разделяют по назначению на два основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели.

В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую. То есть для работы двигателя его необходимо включить в электрическую цепь. Генератор, наоборот, преобразует механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал каким-либо механизмом или двигателем.

Принцип действия любой электрической машины основан на использовании явлений электромагнитной индукции и возникновения электромагнитных сил при взаимодействии проводников с током и магнитного поля. Эти явления имеют место при работе как генератора, так и электродвигателя.

На проводник с током, помещенный в магнитное поле постоянного магнита, действует электромагнитная сила. Эта сила стремится вытолкнуть его за пределы поля, перемещая проводник перпендикулярно магнитным силовым линиям поля. Направление этой силы определяется правилом Левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии поля входили в нее, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока, то расположенный под прямым углом большой палец укажет

направление электромагнитной силы F (рис.1, г).

 

а)                        б)                       в)                           г)Рис.1 Проводник с током в магнитном поле постоянного магнита (а),

виток с током в магнитном поле постоянного магнита (в),

образование электромагнитной силы (б, в), правило Левой руки (г)

 

 

     Примечание: электромагнитные силы образуются в результате взаимодействия магнитного поля проводника с внешним магнитным полем. С правой стороны магнитные силовые линии обеих полей направлены согласованно, а с левой стороны – направлены навстречу друг другу (рис.1а). Магнитное поле с правой стороны внешнего магнитного поля усиленное, а с левой стороны – наоборот ослабленное. Под действием усиленного магнитного поля проводник выталкивается в сторону ослабленного магнитного поля с силой F (рис.1б). Эта сила пропорциональна силе тока, индукции магнитного поля и длине проводника.

1.2 Принцип действия генератора

     Простейшим электрическим генератором является виток, вращающийся в магнитном поле (рис.2).

При вращении витка с частотой вращения n, его стороны пересекают магнитные силовые линии потока Ф и в каждом проводнике витка индуктируется ЭДС е.

Если подключить к обмотке якоря приемник энергии (потребитель), то по замкнутой цепи пойдет ток i.

При прохождении тока по проводникам на каждый проводник действует сила Fэм согласно правилу Левой руки. Эти силы создадут магнитный момент М (тормозной), противоположный вращению проводника n.

     Для предотвращения остановки якоря требуется приложить внешний вращающий момент Мвн, противоположный моменту М и равный ему по величине.

        

 Таким образом, при работе электрической машины в режиме генератора:

· совпадение направлению тока i и эдс е в проводниках обмотки якоря; это указывает на то, что машина отдает электрическую энергию;

· возникновение электромагнитного тормозного момента М, направленное против вращения якоря; из этого вытекает необходимость получения машиной извне механической энергии.

 

Рис.2 Принципиальная схема простейшего генератора