22
Лекция № 5
1. Электрические машины.
2.Классификация по функциональным признакам.
3.Принцип действия электрической машины.
Электрические машины. Классификация, принцип действия, элементы конструкции.
Поясним классификацию электрических машин по функциональным признакам согласно рис. 1.1.
Силовые электрические машины предназначены для приведения в движение каких-либо механизмов. Это – двигатели, работающие в номинальных режимах. При проектировании к ним предъявляются высокие требования по энергетическим показателям (к.п.д., сosϕ) пусковым характеристикам (высокий пусковой момент Mп при малом пусковом токе iп).
К исполнительным двигателям относятся двигатели, предназначенные для преобразования электрического сигнала в механическое перемещение. Управление может производиться по фазе и амплитуде управляющего сигнала. Такие двигатели работают в непрерывных переходных режимах (пуски, остановы, реверсы), поэтому при их проектировании должны выполняться высокие требования по быстродействию, т.е. двигатель должен быть малоинерционным элементом в цепи САУ.
Электрические машины информационной группы предназначены для измерения механических величин (угла поворота ϕ, скорости вращения ω, ускорения ε) и их преобразования в электрический сигнал. Основным требованием для них является малая погрешность преобразования (0,01÷0,02%).
Очевидно, что для электрических машин исполнительной и информационной группы энергетические показатели имеют второстепенное значение.
Электрические машины специального назначения проектируются исходя из специальных требований, определяемых условиями эксплуатации в САУ. К этой группе могут также относиться все перечисленные типы машин с экстремальными свойствами.
Рассмотрим принцип действия электрических машин. Он основан
на законе электромагнитной индукции (закон Фарадея) (1.1). |
|
Е = -dФ/dt |
(1.1) |
и закона электромагнитной силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле (закон Ампера) (1.2)
Fэм =B*l*i |
(1.2) |
Направление силы Fэм определяется по правилу левой руки.
23
Рассмотрим теперь проводник (рамку), перемещающийся в магнитном поле, под действием внешней силы F.
В нем возникает э.д.с. |
|
F=B*l*v |
(1.3) |
l – активная часть проводника
v – линейная скорость движения проводника
B – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и якорем
Рис. 1.23.
Проводник под действием силы F будет перемещаться равномерно, если эта сила будет равна электромагнитной силе Fэм возникающей в результате взаимодействия поля тока, наведенного в проводнике, с внешним магнитным полем, т.е.
Fэм = F
Получим выражение для мощностей
B*i*l*v =F*v
Согласно (1.3) это выражение можно переписать в виде
F*v =E*i (1.4)
В соответствии с выражением (1.4) происходит преобразование механической энергии в электрическую в генераторе.
Напряжение постоянного тока на зажимах якоря генератора будет меньше э.д.с., создаваемой генератором на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря
U =E-ir
Из уравнения напряжений можно получить уравнение баланса мощностей генератора
U*i =E*i-i2r
Причем, здесь E*i =F*v, т.е. подводимая механическая мощность преобразуется в электрическую, которая частично расходуется на потери в активном сопротивлении. Для генератора всегда справедливо неравенство
U<E
Рассмотрим теперь проводник (рамку) с током, помещенный во внешнее магнитное поле (рис.1.23). В результате взаимодействия электрического поля тока и внешнего магнитного поля возникает электромагнитная сила, под действием которой проводник, помещенный на якоре, начинает вращаться. В обмотке якоря при этом тоже индуктируется э.д.с., значение которой определяется выражением (1.3). В этом случае направление э.д.с. противоположно направлению тока и напряжения, приложенного к зажимам обмотки якоря. Поэтому э.д.с. якоря двигателя называют противо э.д.с.
24
Таким образом напряжение, приложенное к проводнику, уравновешивается противо э.д.с. и падением напряжения в проводнике.
U =E+i*r |
(1.5) |
Из уравнения (1.5) можно получить уравнение баланса мощностей
i*U =i*E+i2r |
(1.6) |
Для двигателя справедливо неравенство U > E
Из изложенного выше следует, что любая электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам электрических машин и называется обратимостью. Принцип обратимости установлен академиком Э.Х. Ленцем.