Машина постоянного напряжения

Цель работы: 1) изучение устройства и принципа работы машины постоянного напряжения в режимах генератора и мотора; 2) снятие характеристик генератора и мотора постоянного напряжения.

Содержание.

1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО

МАШИН ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ.

1.1. Назначение.

1.2. Генератор синусоидального напряжения.

1.3. Генератор постоянного (пульсирующего) напряжения.

1.4. Мотор постоянного напряжения.

2. Элементы теории машин постоянного напряжения.

2.1. Генератор.

2.2. Мотор.

3. лабораторная установка.

4. измерения.

4.1. Снятие характеристик генератора.

4.2. Снятие характеристик мотора.

5. ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

контрольные вопросы и задания.

литература.

1. Назначение, принцип работы и устройство

МАШИН ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1.1. Назначение

Электрические машины по назначению делятся на генераторы, преобразующие механическую энергию (паро-, ветро- и гидротурбин, бензиновых моторов) в электрическую, и электродвигатели (моторы), выполняющие обратное преобразование. Моторы приводят в действие различные исполнительные механизмы: станки, лебёдки, колёса электротранспорта, системы автоматического регулирования. По номинальной (расчётной) мощности электрические машины делятся на:

● микромашины (мощность 1-500 Вт),

● машины малой мощности (500 Вт-10 кВт),

● машины средней мощности (10-100 кВт),

● машины большой мощности (мощность более 100 кВт).

Скорость вращения ротора машин может достигать 500 об/с.

1.2. Генератор синусоидального напряжения

Генератор напряжения – это электромеханическое устройство для преобразования механической энергии в электрическую. Работа таких генераторов основана на электромагнитной индукции^).

Если вращать проводящую рамку площадью S вокруг оси ОО′ со скоростью ω в однородном магнитном поле В (рис. 1), то в ней будет наводиться синусоидальная ЭДС. Действительно, поток поля В через рамку

Ф=(ВS cosα)N,

где α – угол между нормалью n к рамке и вектором В, N – число витков в рамке. При равномерном вращении рамки со скоростью ω, угол α=ωt и снимаемая с кольцевого коллектора ЭДС

=− ₀ ,

где ₀= − амплитуда ЭДС.

Видно, что при прочих равных условиях амплитуда ЭДС ₀ пропорциональна полю В. Но при большом зазоре между полюсами магнита (рис. 1) магнитное поле в этом зазоре из-за большого рассеяния в стороны будет слабеньким. Чтобы предельно уменьшить этот зазор, но и сохранить площадь рамки, генераторы выполняют следующим образом.

Неподвижная часть магнитной цепи генератора, называемая статором, делается в виде железного цилиндра. К статору крепятся магнитные полюсы N и S, которые могут быть как постоянным магнитом (у машин малой мощности), так и электромагнитом. В последнем случае на полюсы насаживается обмотка возбуждения (рис. 2), питаемая постоянным током и создающая неподвижный относительно статора магнитный поток.

Рис. 2. Устройство генератора синусоидального напряжения

Вращающаяся часть генератора, называемая ротором, представляет собою железный цилиндр с продольными пазами, в которые укладывается рабочая обмотка, или обмотка ротора. При вращении ротора в магнитном поле статора в рабочей обмотке и наводится ЭДС индукции. Для уменьшения воздушного зазора между ротором и полюсами магнита поверхности полюсных наконечников делаются также цилиндрическими, по форме ротора (рис. 2), так что ширина зазора составляет обычно несколько десятых миллиметра. При такой конструкции рассеяние магнитного поля сводится к минимуму и практически весь магнитный поток проходит по почти замкнутому магнитопроводу «ротор-статор».

Обмотка статора может питаться от независимого источника (режим независимого возбуждения), но обычно для этого используется часть тока, производимого обмоткой рабочей (режим самовозбуждения); эта доля невелика и составляет от 1 до 5%. Самовозбуждение генератора предполагает наличие некоторого остаточного магнетизма полюсов статора, необходимого для создания хотя бы слабого начального тока в обмотке ротора при пуске машины.

Замечание. При вращении в поле статора ротор постоянно и быстро перемагничивается. А если обмотка ротора нагружена и по ней идёт ток, то и корпус статора находится в меняющемся магнитном поле. Всё это приводит к потерям энергии на перемагничивание и на вихревые токи и, следовательно, к нагреванию ротора и статора. Для уменьшения этих потерь ротор и статор выполняются, во-первых, из магнитомягкого железа (специальные электротехнические сорта железа – Армко или пермаллои − с большой магнитной проницаемостью), а во-вторых, они делаются не сплошными, а набираются из тонких (до 0,3 мм) изолированных друг от друга листов.