2015-02-27
755
КОНСПЕКТ
По предмету «Устройство и работа локомотивов»
Раздел «Электрические машины»
Конспект разработан начальником Ярославского учебного центра-структурного образовательного подразделения Северной железной дороги –Мишурко С.А.
Рассмотрен на заседании локомотивной предметно-цикловой комиссии
Протокол №_____ от «___» декабря 2009 года.
Рекомендован для самостоятельного изучения раздела «Электрические машины» по предмету «Устройство и работа тепловоза, электровоза, электропоезда» для групп подготовки машинистов локомотивов и их помощников.
Тема 1. Принцип действия электрических машин постоянного тока.
Принцип действия электродвигателя:
Основан на взаимодействии магнитного поля и проводника с током.
Если проводник с током поместить в магнитное поле на него начнет действовать выталкивающая сила.
Вокруг проводника с током образуется собственное магнитное поле, имеющее концентрических окружностей. Направление силовых линий этого поля определяется по правилу буравчика.
|
|
|
Когда проводник с током находится в магнитном поле, его магнитное поле накладывается на внешнее поле усиливая его с той стороны, где направление силовых линий обоих полей совпадает и ослабляя с противоположной стороны, где силовые линии полей направлены в противоположные
стороны.
В результате и образуется выталкивающая сила. Более сильное поле выталкивает проводник в сторону более слабого поля.
Направление выталкивающей силы определяется по правилу левой руки.
«Если расположить левую руку так, чтобы силовые линии входили в ладонь, вытянутые 4 пальца показывали направление движения тока в проводнике, тогда отогнутый большой палец укажет направление действия выталкивающей силы».
А ее величина определяется по формуле; 
I, где:
В – величина магнитной индукции (плотность магнитного потока);
l – активная длинна проводника
I – скорость движения проводника;
Простейший электродвигатель
Представляет из себя проводник выполненный в форме рамки, помещенный в магнитное поле между двух полюсов, при прохождении тока по проводнику на его активные стороны начинают действовать пара выталкивающих сил F создающая вращательный момент, заставляющий рамку поворачиваться.
В реальности такой двигатель работать не сможет. Рассмотрим 3 положения рамки.
| Вращение против часовой стрелки | Вращения нет, рамка растягивается | Вращение по часовой стрелке |
Реальный двигатель должен иметь не одну, а несколько рамок и снабжен специальным устройством – коллектором, обеспечивающим поочередное соединение рамок с внешней цепью при помощи скользящих щеток и осуществляющем переключение рамок таким образом, чтобы во всех проводниках рамок находящимся под одним полюсом было одно направление тока, а во всех проводниках рамок под другим полюсом также одно, но противоположное направление тока
|
|
|
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Основывается на явлении электромагнитной индукции
Рассмотрим систему состоящую из проводника и магнитного поля.
При движении проводника через магнитное поле в нем создается электродвижущая сила Е, направление этой силы определяется по правилу правой руки
«Если расположить правую руку так, чтобы силовые линии входили в ладонь, отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, тогда вытянутые 4 пальца укажут направление индуктируемой ЭДС и тока в проводнике»
Величина ЭДС определяется по формуле:
где:
В – величина магнитной индукции (плотность магнитного потока);
l – активная длинна проводника
V – скорость движения проводника;
Cos α – коэффициент учитывающий направление движения относительно направления силовых линий поля.
Простейший генератор можно представить в виде рамки вращающейся в магнитном поле
При вращении рамки ее проводники пересекают силовые линии поля и в них индуктируется ЭДС, причем направление ЭДС обоих активных сторон суммируются. Но величина индуктируемых ЭДС постоянно меняется в зависимости от угла поворота рамки и даже меняет направление когда активные стороны рамки меняются местами.
Таким образом при вращении рамки в ней создается переменная ЭДС. И один полный оборот рамки соответствует полному периоду изменяющейся ЭДС.
Чтобы превратить переменный ток в постоянный используется такой же коллектор, как и у двигателя при этом получается выпрямленный, но пульсирующий ток.
Если применить систему из двух рамок развернутых относительно друг друга на 90 градусов и кольцо, выполняющее роль коллектора разрезать на 4 части, то при вращении такой системы рамок получим не только выпрямленный, но и сглаженый ток. И чем больше рамок будет у реального генератора, тем более сглаженный ток будет вырабатывать генератор.
Коллектор генератора постоянного тока обеспечивает соединения обмотки якоря с внешней электрической цепью, а также выполняет роль механического выпрямителя.
ПРИНЦИП ОБРАТИМОСТИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА.
| Двигатель | Генератор | |
| Обе электрические машины состоят из одних и тех же частей, но выполняют обратные превращения энергии | ||
| 
| |
| Электрическую энергию превращает в механическую | Механическую энергию превращает в электрическую | |
| Совпадают по направлению вращающий момент и направление вращения | Вращающий момент направлен в сторону противоположную направлению вращения | |
| ЭДС индуктируемая в обмотке якоря направлена против тока и приложенного напряжения | Совпадают по направлению ток и ЭДС |
| Вращающий момент вырабатываемый двигателем | 
| Электромагнитный момент сопротивления вращения |
| Противо-ЭДС направлена против тока и приложенного напряжения. | 
| Вырабатываемая ЭДС, обеспечивающая прохождение тока по замкнутой цепи. |
| Определение тока двигателя | 
| В режиме холостого хода напряжение генератора равно ЭДС |
| Определение скорости вращения якоря двигателя | 
| В нагрузочном режиме напряжение меньше ЭДС на величину падения напряжения в самом генераторе |
ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА.
