Принцип действия

Принцип работы синхронного генератора (рис.5)основан на законе электромагнитной индукции: в обмотке (проводнике) с числом витков ω, находящейся в переменном магнитном поле или перемещающейся в постоянном магнитном поле, наводится ЭДС, мгновенное значение которой определяется:

Знак “минус” говорит о том, что ток, возникающий в этой обмотке под действием ЭДС (после замыкания обмотки), будет создавать свое магнитное поле, направленное против магнитного поля, вызвавшего данную ЭДС.

Рассмотрим рамку, находящуюся в магнитном поле двух постоянных магнитов (полюсов N и S).

Рис.5

Если рамку привести во вращение с частотой n, то в ее проводниках ab и cd согласно закону электромагнитной индукции будут наводиться ЭДС: е_ав и е_оd. Направление ЭДС в каждом проводнике определяется правилом правой руки (если правую руку расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, отогнутый (на 90⁰) большой палец показывал направление перемещения проводника относительно магнитного поля, то остальные четыре пальца покажут направление электродвижущей силы в проводник).

ЭДС всей рамки будет равна сумме ЭДС проводников е = е_ав + е_оd. При расположении рамки по продольной оси (продольная ось – это линия, проходящая через середину полюсов) ЭДС в рамке имеет максимальное значение. При повороте рамки ЭДС убывает. Как только рамка окажется на поперечной оси (поперечная ось – это линия, делящая межполюсное пространство на две равные части) ЭДС в рамке станет равной нулю. При дальнейшем повороте рамки ЭДС начинает увеличиваться, сменив свое направление. Изменение ЭДС в рамке происходит по синусоидальному закону. Для снятия напряжения с вращающейся рамки, концы рамки присоединяют к двум медным кольцам. Напряжение с колец снимается через две неподвижные графитовые щетки. На рисунке 6 показано изменение: а)ЭДС и ток в витке якоря; б)ЭДС и ток во внешней цепи (на R_н)

ея, iя	ев, iв
а)	б)

Рис. 6

Вывод: щеточно-кольцевой узел в генераторе переменного тока предназначен для передачи переменной ЭДС (тока) обмотки якоря во внешнюю (бортовую) цепь.

Действующее значение ЭДС генератора определяется:

Е = Се × n × Ф, (7.1)

где n – частота вращения ротора в об/мин, Ф – магнитный поток одной пары полюсов; Се – постоянный коэффициент, зависящий от числа пар полюсов (р), числа секций обмотки якоря и схемы их соединений.

При подключении к генератору нагрузки по обмотке якоря через щеточно-коллекторный узел и по нагрузке потечет электрический ток.

Уравнение электрического состояния цепи якоря:

E = U +R_я × I_я

Напряжение, выдаваемое генератором, будет меньше ЭДС на величину падения напряжения в обмотке якоря:

U = E – R_я × I_я, (7.2)

где R_я – сопротивление обмотки якоря; I_я – ток, протекающий в обмотке якоря (ток нагрузки).

Это уравнение называют уравнением электрического равновесия или уравнение генератора.

Умножив это выражение на I_я, получим уравнение баланса мощностей цепи якоря

I_я E = I_я U – R_я × I_я²

Где: Р= I_я U мощность приемника электрической энергии;

Δ Р= R_я × I_я² мощность электрических потерь в обмотке якоря;

Р_эм= I_я E- электромагнитная мощность, развиваемая генератором и равная

механической мощности приводного двигателя.

I_я E = Р_эм = Р_мех =МΩ

Если взять не одну, а три рамки, обозначив их начало буквами А, В, С, а концы буквами X,Y, Z, разнести их плоскости на угол 120⁰ и привести во вращение, то в рамках будут наводиться синусоидальные ЭДС (токи), сдвинутые относительно друг друга на одну треть периода или на ωt = 120⁰, где ω = 2π · f и называется угловой частотой тока. Под действием этой ЭДС по обмоткам фаз начинает протекать ток. В свою очередь трехфазный (сдвинутый по фазе на 120⁰) ток, протекающий по обмоткам (сдвинутым в пространстве на угол 120⁰), создает вращающее магнитное поле. При этом скорость вращения ротора n₂ равна (синхронна) скорости вращения магнитного поля статора n_1.

Концы фазных обмоток обычно соединяют в одну точку (нулевую). В этом случае, с такого устройства можно снимать два различных напряжения: фазное – между началом любой из фаз и нулевой точкой и линейное – между началами любых двух фаз. Соотношение между напряжениями U_л = U_ф. Очевидно, чтобы снять напряжения с таких обмоток необходимо иметь четыре кольца с щетками.

Принцип работы синхронного генератора (общая схема)

Рис.. Работа простейшей машины переменногоо тока в режиме:а) генератора; б) двигателя.

Если момент М_эм, создаваемый двигателем превысит моменты всех сил сопротивления М₁, то якорь придет во вращение в направлении действия электромагнитных сил. Момент двигателя в отличие от момента генератор является движущим и действует в направлении вращения (рис,б). В режиме двигателя подводимая к машине электрическая мощность преобразуется в механическую

Дата добавления: 2014-01-14