Основные виды электромеханических преобразователей энергии

Электромеханический преобразователь энергии представляетявляет собой конструктив­но единую энергопреобразующую систему, которая в общем случае совмещает в себе электрические, магнитные и механические структуры. Отдельно взятый ЭМПЭ характеризуется двумя видами связей: 1) внешними, 2) внутренними (рис.1). Внешние связи ЭМПЭ с другими устройствами осуществляются через его вход и выход.

Рис. 1–Внешние святи ЭМПЭ

В наиболее распространенных ЭМПЭ важнейшими видами превращаемой энергии являются электрическая (ЭЭ) и механическая (МЭ). Отсюда название этих устройств — электромеханические. Вместе с тем прямое превращение ЭЭ в МЭ (или наоборот) невозможно без наличия энергии поля. Конечно — это магнитная энергия (МагЭ) индуктивного магнитного поля. Этот тип ЭМПЭ называют индуктивным. Дальше рассматриваются лишь индуктивные ЭМПЭ. Принципиально возможным является использование как промежуточного так и электрического поля; это — емкостные ЭМПЭ; их использование очень ограничено.

Таким образом, в ЭМПЭ происходят взаимопревращения трех видов| энергии - ЭЭ, МагЭ, МЭ. С учетом соответствующих проявлений на входе и выходе ЭМПЭ возможны такие сочетания:

МЭЭЭ

ЭЭМагЭ

В практичних условиях чаще всего возникает потребность в МЭ непосредственно на месте ее потребления — в промышленных станках и механизмах, транспортных устройствах, подъемниках, насосах, и т.п. По большей части потребление МЭ на месте является длительным, непрерывным на определенном отрезке времени. Электромеханические преобразователи энергии, которые превращают ЭЭ в МЭ в длительном режиме, называют электрическими двигателями.

Для проявлений МЭ необходим определенный вид механического движения. По большей части на практике используют вращательное механическое движение. Поэтому в электрическом двигателе должна быть вращающаяся часть — ротор. Взаемодействующую с ней неподвижную часть ЭМПЭ называют статором. Наиболее распространенной конструктивной формой двигателей является два коаксиальных цилиндра, где внешний является статором, а внутренний - ротором (рис. 2)

а б

Рис.2 .– Электрические машины:

а — электрический генератор; б — электрический двигатель

Для обеспечения работы двигателя нужен источникЭЭ. Это может быть любой| источник в том числе и электрохимический (гальваническая батарея, аккумулятор и т.п.), который используется в маломощных автономных, по большей части бытовых, устройствах (магнитофонах, плеэрах|, электромеханических часах), не связанных с общей электросетью.

Для потребностей промышленности и других отраслей хозяйства необходимы источники ЭЭ сравнительно больших мощностей. Они создаются специализированными ЭМПЭ, которые превращают МЭ в ЭЭ в непрерывном режиме; это — электрические генераторы. Поскольку в них входной является МЭ, то они имеют такую же цилиндрическую конструкцию с неподвижным статором и вращающимся ротором, как и двигатели.

Вращающиеся электрические двигатели и генераторы имеют основные признаки механической машины и к тому же электрическую часть, потому их называют электрическими машинами. Благодаря принципу оборатимости одна и та же электрическая машина может работать как в режиме генератора

МЭ ЭЭ

так и в режиме двигателя

ЭЭ МЭ.

По принципу действия выделяют три вида электрических машин:

1) асинхронные машины (АМ); 2) синхронные машины (СМ); 3) машины постоянного тока (МПТ). Целесообразно обратить внимание на то, что в МПТ ЭЭ постоянного тока проявляется только на входе (двигатель) или выходе (генератор) такого ЭМПЭ. Как показывают анализы, основные внутренние взаимосвязи в МПТ определяются действием электрических и магнитных полей переменного тока.

Электромеханические преобразователи энергии используют не только в непрерывном режиме, но и одноразово, дискретно. Например, под действием электрического тока электрический магнит притянул к себе ферромагнитную пластину и на этом процесс превращения ЭЭ в МЭ и движения пластины закончился. Так ЭМПЭ используется по большей части в электрических аппаратах.

Такой режим использования ЭМПЭ присущ, в частности,електро­механическим выключателям (контакторам), электромеханическим толкателям, тягам, муфтам скольжения, электромеханическим реле, и герконам, а также электромеханическим системам измерительных приборов, датчикам и приемникам сигналов систем автоматического управления и защиты и тому подобное. Детальнее они рассматриваются в последующих специальных дисциплинах.

Есть такие ЭМПЭ, в которых МЭ в процессе взаимопревращений энергии отсутствует, поскольку нет потребности в механическом движении; это — статические ЭМПЭ. Наиболее важен и распространен вид такого ЭМПЭ — трансформатор. В нем на входе и выходе действуют одинаковые виды энергии, но с разными характеристиками. На вход трансформатора подается ЭЭ1 с определенным напряжением U, а на выходе получается ЭЭ2 с другим напряжением.

По формальными признаками трансфор­матор не является электрической машиной. Однако теория работы трансформаторов стала исходной базой для методов анализа вращающихся электрических машин. То есть теория работы трансформаторов и электрических машин в своей основе является единой. Это дает обоснованные основания для изучения их свойств в одной дисциплине.

Именно трансформатор, а также три вида электрических машин — асинхронные, синхронные и постоянного тока — относят до четырех основных видов ЭМПЭ. Они являются основными по уровню их весомости в практическом использовании.

Дата добавления: 2014-01-13