Принцип действия машин постоянного тока

Принцип действия машин постоянного тока.

Принцип действия генератора. Простейший генератор можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 1.4, а, б). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Принцип работы генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя ПД. Проводники активной части витка пересекают магнитное поле и в них по закону электромагнитной индукции наводятся ЭДС e₁ и e₂, направление которых определяется по правилу правой руки. При вращении витка по направлению движения часовой стрелки в верхнем проводнике, находящемся под северным полюсом, ЭДС направлена от нас, а в нижнем, находящемся под южным полюсом, – к нам. По ходу витка ЭДС складываются,  результирующая  ЭДС е = е₁ – е₂.

Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него – к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя – отрицательным. При повороте витка на 180° проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменяется на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя – с верхней, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т. е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Принцип действия двигателя. То же устройство работает в режиме электрического двигателя (рис. 1.5), если к щеткам подвести постоянное напряжение. Под дей­ствием напряжения U через щетки, пластины коллектора и виток потечет  ток i. По закону электромагнитной силы (закон Ампера) взаимодействие тока и магнитного поля В создает силу f, которая направлена перпендикулярно i. Направление силы f определяется правилом левой руки (рис. 1.5): на верхний проводник сила действует вправо, на нижний – влево. Эта пара сил создает вращающий момент Мвр, поворачивающий виток по часовой стрелке. При переходе верхнего проводника в зону южного полюса, а нижнего – в зону северного полюса концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности.

Рис.1.5

Направление тока в проводниках витка изменяется на проти­воположное, а направление сил f, момента Мвр и тока во внешней цепи не изменяется. Виток непрерывно будет вращаться в магнитном поле и может приводить во вращение вал рабочего механизма (РМ).

Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт внешней цепи с витком, но и выполняет функцию механического инвертора, т. е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в витке.

Рассмотрение принципа действия показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т. е. обладает свойством обратимости.

Противодействующий момент и противо-ЭДС. При работе машины в режиме генератора по замкнутой внешней цепи и витку обмотки якоря протекает ток, направление которого совпадает с направлением ЭДС (рис. 1.4,6), взаимодействие тока с магнитным полем полюсов  создает момент М, направленный в рассматриваемом случае против часовой стрелки. Так как приложенный к витку вращающий момент приводного двигателя Мвр направлен по часовой стрелке, то возникающий при работе генератора момент называется противодействующим моментом Мnp. По существу возникновение Мпр — это реакция машины на воздействие внешнего момента Мвр, а физическая природа противодействующего момента та же, что и вращающего момента у двигателя. В установившемся режиме работы генератора между Мвр и Мпр устанавливается равновесие  и  Мвр=Мпр.

При работе машины в режиме двигателя проводники якоря пересекают магнитное поле и в них наводится ЭДС (рис. 1.5,б). Ее направление определяется по правилу правой руки. В рассматриваемом случае она направлена против тока и, следовательно, навстречу приложенному напряжению сети U и поэтому называется противо-ЭДС Enp. Физическая природа противо-ЭДС та же, что и ЭДС генератора. В установившемся режиме работы двигателя между Enp и U устанавливается равновесие и можно считать, что Enp ≈ U .

Таким образом, при работе машины постоянного тока в любом режиме во вращающихся проводниках наводится ЭДС Е и возникает момент М, но роль их в разных режимах различная.

1.9. Принцип действия и устройство машины постоянного тока

1. Общие вопросы теории электрических машин

2

6

Рис. 1.17. Конструктивная схема явнополюсной (а) и неявнополюсной (б) синхронной машины

Скользящие контакты – наиболее слабый узел синхронных машин. Для повышения их надежности применяют бесконтактные машины со встроенными в ротор выпрямителями, с использованием обращенной синхронной или асинхронной машины, работающей в режиме генератора.

Принцип действия машины постоянного тока рассмотрим в режимах генератора и двигателя.

Режим генератора. На рис. 1.18, а представлен фрагмент машины постоянного тока, а на рис. 1.18, б, в дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении. Основной магнитный поток в нормальных машинах создается обмоткой возбуждения, расположенной на полюсах 1 неподвижной части машины – индукторе.

Магнитный поток проходит от Северного полюса к Южному через подвижную часть машины – якорь 2 (рис. 1.18) и замыкается по ярму машины (на рис. 1.18 ярмо индуктора не показано). Якорь набран из пластин электротехнической стали и имеет форму цилиндра с пазами, в которые уложена обмотка, в рассматриваемом случае состоящая из одного витка.

46

1. Общие вопросы теории электрических машин

Рис. 1.18. Простейшая машина постоянного тока

Концы витка обмотки соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора 3, число которых в раcсматриваемом случае равно двум. На коллектор наложены две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.

Предположим, что якорь машины приводится во вращение по часовой стрелке. В проводниках обмотки якоря, перемещающегося в магнитном поле, наводится ЭДС. Направление ЭДС определяют по правилу правой руки. Поскольку направление магнитного потока остается неизменным, ЭДС индуктируется только при вращении якоря и называется ЭДС вращения. Величина индуктируемой в проводнике ЭДС – по закону электромагнитной индукции

где В – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l – активная длина проводника, на протяжении которой он расположен в магнитном поле; υ – составляющая скорости перемещения, нормальная к вектору магнитной индукции.

Индуктируемые в проводниках ЭДС по контуру витка складываются, и ЭДС витка

ЭДС eв является переменной, так как проводники обмотки проходят

попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в них меняется. По форме кривая ЭДС повторяет кривую ин-

47

1. Общие вопросы теории электрических машин

дукции в зазоре машины. Частота ЭДС в двухполюсной машине равна частоте вращения якоря n (об/с):

f = n,

в p −полюсной машине

Если замкнуть виток обмотки якоря на внешнее сопротивление r, то в цепи потечет ток

Этот ток будет переменным и будет иметь ту же форму, что и ЭДС (рис. 1.19, а). По внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора: под верхней щеткой всегда находится пластина коллектора, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом. Форма кривой тока и напряжения во внешней цепи показана на рис. 1.19, б.

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Ток обмотки якоря:

а) создаст на внутреннем и внешнем сопротивлениях падения напряжения, уравновешивающие ЭДС:

б) выделит на сопротивлениях соответствующие мощности. Уравнение мощностей получим, умножив eB (1.38) на ток

внутреннем сопротивлении генератора; Р2 − мощность, выделенная на внешнем сопротивлении цепи – полезная мощность.

Из (1.41) следует, что генератор отдает в сеть только часть развивающейся в нем электромагнитной мощности, другая проявляется в виде потерь.

48

1. Общие вопросы теории электрических машин

Eя, Iя

t

а

Eя, Iя

t

б

Рис. 1.19. Форма ЭДС и тока простейшей машины в якоре (а) и во внешней цепи (б)

Проводники обмотки якоря с током i находятся в магнитном поле, на них (по закону Ампера) будут действовать электромагнитные силы

(см. рис. 1.18, б)

направление которых определяют по правилу левой руки. Эти силы создают механический вращающий момент Мэм, который называется электро-

магнитным моментом (см. рис. 1.18, б):

где Dя −диаметр якоря. В режиме генератора этот момент действует про-

тив направления вращения якоря и является тормозным.

Режим двигателя. Рассматриваемая машина постоянного тока может работать в режиме двигателя, если к обмотке якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. На проводники обмотки будут действовать электромагнитные силы (см. рис. 1.18, в) и возникнет электромагнитный момент, определяемые по формулам (1.42) и (1.43). При достаточной величине электромагнитного момента якорь придет во вращение, и машина будет развивать механическую мощность. В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в пере-

49

1. Общие вопросы теории электрических машин

менный ток в обмотке якоря и работает таким образом в качестве механического инвертора тока.

В проводниках обмотки вращающегося якоря по закону электромагнитной индукции наведется ЭДС, определяемая по формуле (1. 35) и направленная против тока.

На основании второго правила Кирхгофа записывают уравнение равновесия напряжений:

Из (1.47) следует, что в электромагнитную мощность превращается только часть подведенной мощности Р1, а остальная покрывает потери.

Таким образом, независимо от назначения (и даже рода тока) действие электрических машин основано на двух законах: на законе электро-

магнитных сил), определяющем взаимодействие токов с магнитными потоками. Из сравнения равенств (1.39), (1.44) следует: в двигательном режиме u > е, генераторном – e >u .

Образуемый во внешней цепи пульсирующий по величине ток малопригоден для практических целей. Для получения практически свободных от пульсаций тока и напряжения, а также во избежание возникновения чрезмерно большого напряжения между соседними коллекторными пластинами число пластин коллектора должно быть достаточно большим. Обычно при Uн = 110–220 В

K p = 12–35,

соответственно возрастает и количество секций (витков) обмотки якоря. Пример такой обмотки, уложенной в пазы якоря, показан на рис. 1.20, а.

50

1. Общие вопросы теории электрических машин

Φ NN

Е

N

n

S

Е

Рис. 1.20. Устройство машины постоянного тока

При вращении якоря в проводниках обмотки индуцируется ЭДС, направление которой показано на рис. 1.19, б. В проводниках, расположенных по одну сторону симметрии, разделяющей полюсы, ЭДС направлена всегда в одну сторону, независимо от угловой скорости. При вращении одни проводники уходят под другой полюс, на их место приходят другие проводники, а в пространстве, под полюсом одной полярности, картина почти неподвижна, только одни проводники сменяются другими.

Следовательно, возможно получить практически неизменную ЭДС от этой части обмотки.

В половине обмотки (в двухполюсной машине) наводится ЭДС одного знака, а в другой – противоположного, как показано на эквивалентной схеме обмотки (рис. 1.20, б). По контуру обмотки якоря ЭДС в ее частях направлены встречно и взаимно уравновешиваются. Вследствие этого при холостом ходе генератора, т. е. при отсутствии внешней нагрузки, по обмотке якоря ток не проходит.

Внешняя цепь соединяется с якорем через щетки, устанавливаемые на геометрической нейтрали.

Для улучшения контакта щетки выполняют в виде прямоугольных графитовых брусков, а скользят они по поверхности коллектора, который собирают из медных пластин, изолированных друг от друга.

51

1. Общие вопросы теории электрических машин

Рассмотрим устройство машины постоянного тока. Магнитное поле в машинах постоянного тока создают полюсы 1, укрепленные на неподвижных магнитопроводящих станинах-ярмах 2 (рис. 1.21). Полюсы изготавливают в виде стальных сердечников, собранных из отдельных листов (только для упрощения технологии), на которых укреплены обмотки возбуждения 3. Полюсы – это электромагниты, обмотки которых питаются постоянным током от якоря самой машины или от независимого источника.

В машинах мощностью выше 0,5 кВт между основными – главными – полюсами размещают добавочные полюсы 20 для улучшения токосъема с коллектора.

Эти полюсы, как и главные, крепят болтами к ярму машины. Ярмо

всовременных машинах обычно выполняют из стали (из стальных труб

вмашинах малой мощности, из листового проката или стального литья).

Чугун вследствие относительно малой магнитной проницаемости не применяют. В машинах постоянного тока массивное ярмо является одновременно и станиной, т. е. той частью, где крепят другие неподвижные части машины и с помощью которой машина крепится к фундаменту или другому основанию.

Вполе полюсов помещают насаженный на вал якорь 4 − стальной цилиндр, набранный из листов электротехнической стали с выштампованными по периферии пазами 5 для укладки обмотки. Сердечники якоря диаметром более 100 см составляют из штампованных сегментов электротехнической стали.

Сегменты набирают на корпус якоря, изготовленного из листового проката, и с помощью втулки соединяют с валом. Листы якоря изолируют друг от друга оксидной пленкой или лаком для уменьшения вихревых токов.

Всердечнике якоря могут быть аксиальные или радиальные каналы

взависимости от выбранной системы вентиляции.

Выступающие с каждой стороны из сердечника якоря лобовые части 7 обмотки имеют вид цилиндрического кольца и своими внутренними поверхностями опираются на обмоткодержатели 8, а по внешней стороне крепятся проволочными бандажами 6. Обмотку соединяют с коллектором 9 − механическим выпрямителем переменной ЭДС, наводимой в якоре,

впостоянное напряжение на выходе генератора (иди инвертором для двигателя).

Коллектор 12 укреплен на валу 10 якоря и состоит из медных пластин 11, изолированных друг от друга миканитовыми пластинами и изоляционными шайбами 12 от нажимного устройства, стягивающего пластины

вцилиндр. Для токосъема с коллектора (скользящий контакт) установлен щеточный аппарат, состоящий из нескольких групп щеткодержателей 13, укрепленных на траверсе 14.

52

17

16

18

19

Вид А

5 20

Рис. 1.21. Машина постоянного тока серии 2П

53

1.Общие вопросы теории электрических машин

Вщеткодержателях помещены щетки (графитные или меднографитные), прижатые к коллектору пружинами. Траверсы укреплены на станине или подшипниковом щите 15 и допускают перемещение всех щеток по дуге коллектора (для установки в нужном положении).

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависят бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

Вал машины 10 с укрепленными на нем якорем и коллектором вращается в подшипниках 16, установленных в подшипниковых щитах 15. На валу в большинстве машин постоянного тока крепится крыльчатка вентилятора 17 для охлаждения активных частей машины. Воздух поступает

вмашину через жалюзи 19, прогоняется вентилятором через активную часть машины. Нагретый воздух выбрасывается через вентиляционные окна 18.

Одноякорные машины постоянного тока строят мощностью до 10 МВт и напряжением до 1 000 В (для электрифицированных железных дорог – до 1 500 В). Большие напряжения ограничены условиями токосъема. При больших мощностях строят двух и многоякорные машины с общим валом. Машины постоянного тока наиболее сложны в изготовлении, менее надежны в эксплуатации и дорогостоящи. В то же время простота и экономичность регулирования скорости вращения в этих машинах обеспечивают им широкое применение.

Вопросы и задания для самоконтроля

1.Объясните принцип действия трансформатора и его конструктивную схему.

2.К каким последствиям в работе трансформатора приведет замена магнитного сердечника немагнитным?

3.Нарисуйте электромагнитную схему асинхронной машины и объясните (подробно), почему вращается ротор и в какую сторону.

4.Что понимают под скольжением асинхронной машины и в чем заключается физическая сущность скольжения?

5.Перечислите основные части машины постоянного тока, объясните назначение и устройство каждой из них.

6.Объясните устройство и назначение основных частей синхронной машины. В чем достоинство и недостаток синхронных машин сравнительно с асинхронными?

7.Напишите уравнения напряжений для машины в генераторном режиме и двигательном.

54

Машина постоянного тока — конструкция, принцип работы, типы и применение

Первый коммутатор был изобретен Уильямом Стердженом с использованием машины в 1837 году. После этого американский изобретатель, а именно «Томас Дэвенпорт», изобрел другую машину постоянного тока коллекторного типа, , машины переменного тока изобретены. Эта машина используется для управления устройствами, работающими на переменном токе. Машина постоянного тока используется для управления устройствами, использующими однонаправленный ток. Когда мы оцениваем машины постоянного тока, машины переменного тока имеют больше преимуществ из-за потерь, которые появляются в постоянном токе. Хотя потери больше, машины постоянного тока находят свое значение в современной повседневной жизни. Он имеет свою уникальную особенность генерировать однонаправленный ток. Таким образом, эти машины используются в местах, где требуется однонаправленная мощность. Эти машины используются в батареях для выработки однонаправленной энергии. В этой статье дается обзор машины постоянного тока, включая конструкцию, работу, детали, уравнение ЭДС, типы, потери и области применения.

Это вращающееся устройство, которое может быть двигателем или генератором. В зависимости от конструкции и принципа действия он классифицируется как двигатель или генератор. Двигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Генератор представляет собой электрическое устройство, которое используется для преобразования энергии из механической в ​​электрическую.

Конструкция

Части машины

Состоит из ярма, полюсного сердечника, полюсного башмака, сердечника якоря, коллектора, щеток, подшипников и вентилятора.

Хомут используется для защиты устройства от воздействия внешней среды. Он используется в качестве щита для защиты внутренних частей машины. Он обеспечивает механическую поддержку внутренних частей устройства.

Полюсный сердечник состоит из полюсного башмака, а обмотка возбуждения опирается на полюсный башмак. Полюсный башмак с обмоткой возбуждения вставляется в пазы полюсного сердечника.

Две основные части машины — это статор и ротор, где статор — неподвижная часть, а ротор — вращающаяся часть. В этой машине две обмотки: обмотка возбуждения и обмотка якоря. Расположение этих обмоток может быть таким, обмотка возбуждения расположена на статоре, тогда как обмотка якоря расположена на роторе. Однако в машине переменного тока расположение обратное к машине переменного тока. Это основное различие между машиной постоянного и переменного тока. Конструкция генератора постоянного тока показана на следующей диаграмме, и показаны его части.

Детали генератора постоянного тока

Сердечник якоря состоит из обмотки якоря, которая опирается на пазы сердечника. Он состоит из пазов зубчатого типа, так что обмотка якоря может быть легко вставлена ​​в пазы.

Коллектор представляет собой устройство, которое используется для сбора тока с обмотки якоря, тогда как щетка собирает ток с коммутатора.

Для плавной работы используются подшипники. Вентилятор используется для отвода тепла, выделяемого во время работы машины.

Это работает

Машина постоянного тока работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что когда проводник пересекает линии магнитных сил, внутри проводников индуцируется электромагнитная сила.

В генераторе постоянного тока, когда катушка, помещенная в магнитное поле, вращается с помощью первичного двигателя или любой рукоятки. Катушки разрезают магнитные силовые линии, чтобы вызвать ЭДС. Эта индуцированная ЭДС создает ток в обмотке якоря. Направление этого тока в генераторах постоянного тока можно наблюдать по правилу правой руки Флеминга. Ниже показано рабочее изображение генератора постоянного тока.

Работа генератора

Ток в катушке изменяется каждый полупериод по мере вращения катушки, что находится по правилу правой руки Флеминга. Благодаря этому вырабатывается переменный ток, который регистрируется гальванометром. Так, для получения однонаправленного тока к щеткам присоединяют отрезки коллектора. Эти сегменты генерируют однонаправленный ток при вращении катушки. Сегменты плавно проходят между щетками и не позволяют току изменяться. При вращении катушки на половине оборота сегменты вращаются между щетками, но не позволяют току изменить свое направление. Таким образом, именно так генератор постоянного тока может преобразовывать входную механическую энергию в выходную электрическую энергию постоянного тока.

Работа двигателя постоянного тока и генератора аналогична, однако здесь питание постоянного тока подается на обмотку якоря. Благодаря этому в катушке, помещенной под магнитное поле, протекает ток. Всякий раз, когда катушка, по которой течет ток, находится под влиянием магнитного поля, которое испытывает силу. Направление силы можно найти с помощью правила, а именно правила левой руки Флеминга. Рабочая схема двигателя постоянного тока показана ниже.

Работа двигателя постоянного тока

Роль коммутатора в двигателе постоянного тока очень важна. Когда катушка вращается, она не может развивать однонаправленный крутящий момент, потому что действующая сила неравномерна. Ток в катушке на левом конце направлен внутрь, а сила действует вверх по правилу Флеминга. Ток в катушке на правом конце направлен наружу, а сила действует вниз. Эта сила позволяет катушке вращаться по часовой стрелке. Но после половины оборота сила на левом конце будет действовать вниз из-за изменения тока. И сила на правом конце будет действовать вверх из-за изменения тока.

Итак, чтобы развить однонаправленный крутящий момент, сила должна быть равномерной и действовать в одном направлении. Только тогда катушка сможет вращаться по часовой стрелке. Это достигается с помощью коллектора, он состоит из сегментов, прикрепленных к щеткам. Эти сегменты позволяют току в катушке быть в том же направлении, что и раньше. Тогда сила будет непрерывно действовать вверх на левый конец и вниз на правый конец. Это позволяет развивать однонаправленный крутящий момент, который активирует двигатель для непрерывной работы.

Уравнение ЭДС машины постоянного тока

Уравнение ЭДС имеет вид E = ФZNP/60A

Пусть

P = количество полюсов

Z = количество проводников, распределенных в якоре

Ф = флюс, создаваемый каждый полюс в Вебере

N = скорость ротора в об/мин

A = количество параллельных путей

ЭДС индуцирования в проводниках якоря соответствует закону Фарадея электромагнитной индукции.

где e = скорость изменения потока, e = dФ/dt

Общий поток (Ф _T ) или (dФ) = поток, создаваемый отдельным полюсом * количество полюсов

(Ф _T ) = Ф * Р

Время, необходимое проводнику для совершения одного оборота (дТл) = 60/Н

Подставляя эти значения в ЭДС индукции, получаем 47 е = Ф * P *N/ 60 для одной жилы

e = Ф * P *N *Z / 60*A для проводников «Z» для параллельных путей «A»

Следовательно, уравнение ЭДС задается как e = Ф * P *N * Z / 60*A

Реакция якоря

Противодействие основного магнитного потока развивающемуся потоку якоря называется реакцией якоря. ЭДС индукции возникает при вращении катушки в силовых линиях магнитного поля. Эта индуцированная ЭДС позволяет току течь в обмотке якоря, поскольку обмотка представляет собой замкнутую цепь. Этот ток якоря при дальнейшем взаимодействии с магнитными силовыми линиями создает поток якоря. Этот поток якоря используется для создания реакции якоря. За счет этого создается однонаправленный крутящий момент, который используется для вращения ротора. Реакция арматуры этого типа машин показана на следующем рисунке.

Рассмотрены обе обмотки возбуждения якоря

Имеются определенные недостатки также из-за реакции якоря. Он искажает или ослабляет магнитный поток, что приводит к уменьшению генерируемого напряжения в случае генератора.

Коммутация в машинах постоянного тока

Коммутация – это процесс изменения формы переменного напряжения или тока на однонаправленное напряжение или ток и наоборот.

Он состоит из нескольких сегментов, которые играют решающую роль в этом процессе преобразования. Сегменты коллектора в основном используются в машинах постоянного тока. Он сделан из слюды, которая действует как изоляционный материал между двумя сегментами. Он имеет высокую диэлектрическую прочность и прочность на пробой примерно от 30 до 40 В.

Используются после якоря для сбора тока с обмотки якоря. Любой из сегментов подключен к щеткам, которые используются для сбора тока от этих сегментов. Сегменты коллектора со щетками показаны на рисунке ниже.

Сегменты коллектора в машинах постоянного тока

Сегменты коммутатора этого типа помогают избежать скручивания проводов при вращении ротора.

В генераторе постоянного тока коммутатор используется для преобразования генерируемого переменного напряжения или тока в однонаправленное напряжение или ток.

В двигателе постоянного тока сегменты коллектора играют ключевую роль в создании однонаправленного крутящего момента. Эти сегменты используются для изменения тока в катушке, так что создается однонаправленный крутящий момент. И двигатель способен вращаться по часовой стрелке.

Потери в машине постоянного тока

В машине есть три типа потерь. Это

потери в меди, потери в железе и паразитные потери.

• Потери в меди подразделяются на три потери в якоре, шунтирующие и последовательные потери в меди.
• Потери в железе подразделяются на две категории: потери на вихревые токи и потери на гистерезис.
• Бродячие потери подразделяются на две части: одна из них — трение, а другая — ветер.

Ниже приведен рисунок, поясняющий классификацию потерь в машине.

Потери в машинах постоянного тока

Применение

• Они используются в различных устройствах, таких как токарные станки, вентиляторы, воздуходувки, воздушные компрессоры, электрическая тяга, краны, лифты и пылесосы.

В этой статье дается обзор машины постоянного тока. Это устройство, которое используется либо для преобразования ME в EE, либо для преобразования EE в ME в зависимости от его конструкции и работы. Он действует как генератор, когда катушка вращается в магнитном поле, и действует как двигатель, когда на обмотку ротора подается постоянный ток и она помещается в магнитное поле. В приведенных выше данных это также включает конструкцию, уравнение ЭДС, рабочие потери и приложения. Вот вопрос к вам, в чем разница между генератором и двигателем?

Генератор постоянного тока – определение, составные части и принцип работы

Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются электрическими генераторами. Произведенная электрическая энергия далее передается и распределяется по линиям электропередач для бытового, коммерческого использования. Существует два типа генераторов:

• Генератор переменного тока

• Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока представляет собой тип электрического генератора, который преобразует механическую энергию в электричество постоянного тока. Однако генератор, который преобразует механическую энергию в электричество переменного тока, является генератором переменного тока.

Вы знаете, почему мы изучаем принцип работы генераторов? На этой странице мы ответим на все наши вопросы по деталям генератора постоянного тока, принципу работы и тому, как мы описываем его в математических терминах.

Что насчет генераторов постоянного тока?

В генераторах постоянного тока преобразование энергии основано на принципе динамического производства ЭДС. Эти генераторы больше всего подходят для автономных приложений. Генераторы постоянного тока обеспечивают постоянную мощность для электроаккумуляторов и электрических сетей (DC).

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Генератор постоянного тока состоит из следующих частей —

1. Статор — Статор представляет собой набор из двух магнитов, расположенных таким образом, что противоположные полярности обращены друг к другу. Цель статора — создать магнитное поле в области вращения катушки.

2. Ротор — Ротор представляет собой цилиндрический многослойный сердечник с прорезями.

3. Сердечник якоря — Сердечник якоря имеет цилиндрическую форму и имеет канавки на внешней поверхности. В этих пазах размещается обмотка якоря.

4. Обмотка якоря — Это изолированные проводники, помещенные в сердечник якоря. Благодаря им происходит фактическое преобразование мощности.

5. Катушки возбуждения — для создания магнитного поля катушки возбуждения размещаются над полюсным сердечником. Катушки возбуждения всех полюсов соединены последовательно. Когда через них протекает ток, соседние полюса приобретают противоположную полярность.

6. Хомут — внешняя полая цилиндрическая конструкция известна как Хомут. Он обеспечивает поддержку основных и межполюсных полюсов и обеспечивает путь с низким магнитным сопротивлением для магнитного потока.

7. Опоры. Основная функция опор — поддержка катушек возбуждения. Он увеличивает площадь поперечного сечения магнитопровода, что приводит к равномерному распространению магнитного потока.

8. Полюсный башмак — Для защиты катушки возбуждения от падения и для улучшения равномерного распространения магнитного потока используется полюсный башмак. Башмак для столба крепится к хомуту.

9. Коллектор — Коллектор имеет цилиндрическую форму. Несколько клиновидных жесткотянутых медных сегментов образуют коммутатор. Функции коммутатора:

Принцип работы генератора постоянного тока

Генератор постоянного тока работает по принципу электромагнитной индукции Фарадея. Согласно закону Фарадея, всякий раз, когда проводник помещается в флуктуирующее магнитное поле (или когда проводник перемещается в магнитном поле), в проводнике индуцируется ЭДС.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Если проводник проходит по замкнутому пути, ток будет индуцироваться. Направление индуцированного тока (определяемое правилом правой руки Флеминга) изменяется при изменении направления движения проводника.

Например, рассмотрим случай, когда якорь вращается по часовой стрелке, а проводник слева движется вверх. Когда якорь совершит полуоборот, направление движения проводника изменится на обратное вниз. Направление тока будет переменным. При перепутывании соединений проводников якоря происходит реверсирование тока. Таким образом, мы получаем однонаправленный ток на клеммах.

Уравнение ЭДС генератора постоянного тока

Уравнение ЭДС для генератора постоянного тока выражается следующим образом:

Eg = (PØNZ)/60A

Где,

Eg — Генерируемая ЭДС на любом параллельном пути

P — Общее количество полюсов в поле

N — Вращательное скорость якоря (об/мин)

Z — Общее количество проводников якоря в поле.

Ø- Магнитный поток, создаваемый на полюс.

А — количество параллельных путей в якоре.

Потери в генераторах постоянного тока

При преобразовании механической энергии в электрическую имеют место потери энергии, т.е. не весь вход преобразуется в выход. Эти потери подразделяются в основном на три типа:

Потери в меди. Эти потери возникают при протекании тока по обмоткам и бывают трех типов: потери в меди в якоре, потери в обмотке возбуждения и потери из-за сопротивления щеток.

Потери в железе — Из-за индукции тока в якоре возникают потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Эти потери также называются потерями в сердечнике или магнитными потерями.

Механические потери. Потери, возникающие из-за трения между частями генератора, называются механическими потерями.

Типы генераторов постоянного тока

Существует три типа генераторов постоянного тока с самовозбуждением:

• Серийные генераторы обмотки.