Запитання для самоконтролю

1. У чому суть явища електромагнетизму?

2. Сформулюйте закон електромагнетизму.

3. Запишіть математично і розшифруйте закон електромагнетизму.

4. У чому суть явища електромагнітної індукції?

5. Сформулюйте закон електромагнітної індукції.

6. Запишіть математично і розшифруйте закон електромагнітної індукції.

7. Яка електрична машина називається генератором постійного струму?

8. Складіть і опишіть конструктивну схему генератора постійного струму.

9. Опишіть принцип дії генератора постійного струму.

10. Яке призначення колектора та щіткового механізму?

11. Сформулюйте правило «правої руки».

12. Як визначити електрорушійну силу, яку розвиває генератор?

13. Що таке незалежне збудження генератора постійного струму?

14. Що таке самозбудження генератора постійного струму?

6.2. Фізичні явища і процеси в елементах конструкції генератора

При обертанні якоря в магнітному полі індуктора (тобто при роботі генератора) в елементах конструкції генератора спостерігаються наступні фізичні явища і процеси.

В індукторі:

• явище електричного струму в обмотці збудження;

• явище електромагнетизму в обмотці збудження;

• явище теплової дії струму в обмотці збудження;

• процес нагрівання обмотки збудження.

В якорі:

• явище електромагнітної індукції в обмотці якоря;

• явище електричного струму в обмотці якоря;

• явище електромагнітної сили від дії струму в обмотці якоря;

• явище електромагнетизму в обмотці якоря;

• явище теплової дії струму в обмотці якоря;

• процес нагрівання обмотки якоря;

• явище електромагнітної індукції в магнітопроводі якоря;

• явище вихрових струмів у магнітопроводі якоря;

• явище електромагнітної сили від дії вихрових струмів;

• явище теплової дії вихрових струмів у магнітопроводі якоря;

• явище гістерезису магнітопроводу якоря;

• явище теплової дії гістерезису магнітопроводу якоря;

• явище тертя в підшипниках;

• явище тертя між колектором та щітками;

• явище тертя якоря об повітря;

• процес нагрівання магнітопроводу якоря.

Запитання для самоконтролю

1. Перелічіть фізичні явища, які спостерігаються в механічній системі генератора постійного струму.

2. Перелічіть фізичні явища, які спостерігаються в колі збудження генератора постійного струму.

3. Перелічіть фізичні явища, які спостерігаються в колі якоря генератора постійного струму.

4. Перелічіть фізичні явища, які спостерігаються в магнітопроводі генератора постійного струму.

6.3. Енергетична діаграма генератора

Енергетична діаграма генератора – це зображення перетворення в ньому енергії. При роботі генератора, як показано вище, частина споживаної ним енергії втрачається марно та розсіюється у вигляді теплоти. Втрачену енергію в одиницю часу називають втратами потужності (або втратами). У генераторі є три шляхи втрат енергії: у механічній системі, в електричних колах, у магнітопроводі якоря.

Механічні втрати (Р_мх):

• втрати на тертя в підшипниках (Р_підш);

• втрати на тертя між щітками та колектором (Р_щіт);

• втрати на вентиляцію (Р_вент).

Р_мх = Р_підш + Р_щіт + Р_вент . (6.6)

Електричні втрати (Р_ел):

• втрати в провідниках обмотки збудження в результаті теплової дії струму, який протікає в ній (Р_з);

• втрати в провідниках обмотки якоря в результаті теплової дії струму, який протікає в ній (Р_я);

• втрати в щітках та колекторі в результаті теплової дії струму, який протікає в них (Р_щ).

Р_ел = Р_з + Р_я + Р_щ = R_зI²_з + R_яI²_я + R_щI²_в , (6.7)

де R_з – опір обмотки збудження, Ом;

I_з – сила струму в обмотці збудження, А;

R_я – опір обмотки якоря, Ом;

I_я – сила струму в обмотці якоря, А;

R_щ – опір щіткових контактів, В.

Втрати в магнітопроводі (Р_мг):

• втрати в магнітопроводі якоря в результаті теплової дії вихрових струмів, які протікають у ньому (Р_вх.я);

• втрати в магнітопроводі якоря в результаті теплової дії гістерезису (Р_гс.я).

Р_мг = Р_вх.я + Р_гс.я. (6.8)

Додаткові втрати (Р_д) виникають у генераторі в результаті інших не врахованих явищ.

Отже, сумарні втрати (Р_) при роботі генератора дорівнюють:

Р_ = Р_мх + Р_ел + Р_мг + Р_д. (6.9)

Таким чином, енергетична діаграма генератора має такий вигляд (рис.6.3).

Механічна потужність на валу генератора дорівнює:

Р_мх = М , (6.10)

де М – механічний момент на валу генератора, Нм;

 – кутова швидкість обертання вала генератора, рад/с.

Електрична потужність, яка віддається генератором навантаженню, дорівнює:

Р_ел = R_навI² , (6.11)

де R_нав – еквівалентний опір навантаження, Ом;

I – сила струму, споживаного навантаженням, А.

В іншому вигляді:

Р_ел = Р_мх – Р_ . (6.12)

Коефіцієнт корисної дії генератора дорівнює:

. (6.13)