1. Опишите и объясните принцип преобразования механической энергии в электрическую и наоборот с помощью электрических машин (явление электромагнитной индукции).

В основе работы любой электрической машины лежит закон электромагнитной индукции. Этот принцип позволяет преобразовывать механическую энергию в электрическую и обратно.

Закон звучит так:

Если внешней силой F воздействовать на помещённый в магнитное поле проводник и перемещать его перпендикулярно вектору индукции магнитного поля со скоростью U, то в проводнике будет наводиться ЭДС величиной

Рисунок 1 - К понятиям об «элементарном генераторе» (а) и «элементарном двигателе» (б)

Для определения направления этой ЭДС можно пользоваться правилом правой руки.

Правило правой руки: линии индукции магнитного поля входят в ладонь, большой палец отогнут в сторону движения проводника. Вытянутые четыре пальца покажут направление ЭДС.

Если концы проводника замкнуть на нагрузку, то по ней потечёт ток в направлении действия ЭДС. Такую систему можно рассматривать как элементарный генератор.

Если внешнюю силу F к проводнику не прикладывать, а от источника электроэнергии провести к нему напряжение U так, чтобы ток I в проводнике имел направление, указанное на рис.1. б, то на проводнике будет действовать только электромагнитная сила . Под действием этой силы проводник начинает двигаться в магнитном поле. При этом в проводнике индукция ЭДС с направлением, противоположенным напряжения U. Такое устройство называют элементарным двигателем.

Для любой электрической машины обязательно наличие электропроводящей среды (проводников) и магнитного поля, имеющих возможность взаимного перемещения; при работе электрической машины, как в режиме генератора, так и в режиме двигателя одновременно наблюдаются индуцирование ЭДС в проводнике, пересекающем магнитное поле, при протекании по нему электрического тока; взаимное преобразование механической и электрической энергии в электрической машине может происходить в любом направлении, т.е. одна и та же электрическая машина может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора, это свойство электрических машин называют обратимостью.

2. Перечислите и охарактеризуйте потери мощности в машине постоянного тока. Укажите, как определяется кпд машины?

В машинах постоянного тока, как и в других эл. машинах, имеют место магнитные, электрические и механические потери (составляющие группу основных потерь) и добавочные потери.

Магнитные потери происходят только в сердечнике якоря, так как только этот элемент магнитопровода машины постоянного тока подвергается перемагничиванию. Величина магнитных потерь, состоящих из потерь от гистерезиса и потерь от вихревых токов, зависит от частоты перемагничивания F= pn/60, значений магнитной индукции в зубцах и спинке якоря, толщины листов электротехнической стали, ее магнитных свойств и качества изоляции этих листов в пакете якоря.

Электрические потери в коллекторной машине постоянного обусловлены нагревом обмоток и щеточного контакта. Потери цепи возбуждения определяются потерями в обмотке возбуждения и в реостате, включенном в цепь возбуждения. Электрические потери также имеют место и в контакте щеток:

Электрические потери в цепи якоря и в щеточном контакте зависят от нагрузки машины, поэтому эти потери называют переменными.

Механические потери. В машине постоянного тока механические потери складываются из потерь от трения щеток о коллектор, трения в подшипниках и на вентиляцию.

Механические и магнитные потери при стабильной частоте вращения считать постоянными.

Добавочные потери. Это потери, которые трудно рассчитать. Они складываются из потерь в уравнительных соединениях, потерь в стали из-за неравномерной магнитной индукции под полюсом, потерь от пульсации магнитного потока в полюсных наконечниках и т.д. В расчетах значение добавочных потерь принимают равным 1% от полезной мощности для генераторов или подводимой мощности для двигателей в машинах без компенсационной обмотки и 0,5% в машинах с компенсационной обмоткой.

Коэффициент полезного действия (КПД). КПД электрической машины представляет собой отношение мощностей отдаваемой (полезной) Р₂ к подводимой (потребляемой) Р₁: η = Р₂ /Р₁

КПД можно определять:

а) методом непосредственной нагрузки по результатам измерений подведенной Р₁ и отдаваемой Р₂ мощностей;

б) косвенным методом по результатам измерений потерь.

Метод непосредственной нагрузки применим только для машин малой мощности, для остальных случаев применяется косвенный метод, как более точный и удобный. Установлено, что при 8О % измерять КПД методом непосредственной нагрузки нецелесообразно, так как он дает большую ошибку, чем косвенный метод.