Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока

Резистивный элемент, индуктивность, емкость. Определение и обозначение на электрических схемах. Какая энергия образуется и как она находится.

Резистивным называют идеализированный двухполюсный элемент, для которого связь между напряжением и током можно представить в виде графика, называемого вольт-амперной характеристикой (ВАХ)- Математическая модель резистивного элементаR определяется законом Ома, который устанавливает зависимость напряжения u от тока i, протекающего через сопротивление R. , или .

Резистивный элемент моделирует процесс необратимого преобразования электромагнитной энергии в тепло и другие виды энергии, при этом запасание энергии в электромагнитном поле отсутствует.

Мощность, поглощаемая резистором

Условные обозначения резистивного (а), емкостного (б) и индуктивного (в) элементов.

Индуктивным элементом называется такой элемент электрической цепи, который обладает только свойством накопления энергии магнитного поля. Математической моделью индуктивного элемента L является вебер-амперная характеристика, которая устанавливает зависимость суммарного магнитного потока, образованного в витках катушки, (потокосцепления ψ) от величины протекающего через катушку тока i. Уравнение, описывающее свойства индуктивного элемента имеет вид:

, , где w – число витков катушки; n – номер витка, с которым сцеплен поток Фn, L – индуктивность катушки. Мощность электрических колебаний в индуктивном элементе под действием запасенной энергии согласно равна: , откуда .

Емкостным элементом называют элемент электрической цепи, обладающий только свойством накапливать энергию электрического поля. Математической моделью емкостного элемента С является вольт-кулоновая характеристика, которая устанавливает зависимость напряжения u от сообщенного емкости C электрического заряда q и определяется выражением: , или .

Мощность электрических колебаний в емкостном элементе под действием запасенной в ней энергии к любому моменту времени t определяется выражением:

, откуда .

6.Работа резистивного элемента в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.

7.Работа емкости в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.

8.Работа индуктивности в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.

9.Работа резистивного элемента в электрических цепях переменного тока. Какая мощность определяется и чему она равна за период. Привести схему и временные диаграммы.

10.Работа емкости в электрических цепях переменного тока. Какая мощность определяется и чему она равна за период. Привести схему и временные диаграммы.

11.Работа индуктивности в электрических цепях переменного тока. Какая мощность определяется и чему она равна за период. Привести схему и временные диаграммы.

12.Электрическая цепь переменного тока с последовательным соединением элементов R, L, C. Привести схему цепи и вывод закона Ома для нее.

13.Режимы работы цепи переменного тока с последовательным соединением элементов R, L, C. Какие свойства возникают в цепи при резонансе напряжений.

Режимы работы эл. Цепей, т.е. ее состояние, определяется значениями электрических токов, напряжения и мощности ее отдельных элементов.

1. Номинальный режим работы эл. Цепи – это режим работы, при котором все элементы эл. Цепи работают в соответствии с их паспортными данными.
2. рабочий режим: - это режим, отличающийся от номинального в допустимых пределах.
3. режим холостого хода (ХХ) I=0. Un=0, U=Un
4. Режим КЗ U=0. In=max In=U/Pn

14.Какие мощности определяют при последовательном соединении элементов R, L, C? Что такое коэффициент мощности цепи и как его можно определить?

15.Электрическая цепь переменного тока с параллельным соединением элементов R, L, C. Привести схему цепи и вывод закона Ома для нее.

16.Режимы работы цепи переменного тока с параллельным соединением элементов R, L, C. Какие свойства возникают в цепи при резонансе тока?

17.Какие мощности определяют при параллельном соединении элементов R, L, C? Что такое коэффициент мощности цепи и как его можно определить?

18.Дать определения: трехфазная цепь, напряжение фазное и линейное, ток фазный и линейный. Какова роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной цепи?

Трехфазные цепи - это совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют синусоидальные э. д. с. одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 2π / 3.

IЛ - линейный ток (это ток, протекающий по линейному проводу)
IФ - фазный ток (это ток, протекающий через обмотку источника или через потребитель)
UЛ - линейное напряжение (это напряжение между двумя линейными проводами или это напряжение между двумя любыми фазами)
UФ - фазное напряжение (это напряжение между любым линейным проводом и нулевым проводом или это напряжение, приложенное к обмотке источника или к потребителю)

Нейтральный (нулевой рабочий) провод — провод, соединяющий между собой нейтрали электроустановок в трёхфазных электрических сетях. Соединение нейтральных точек генератора и приёмника электроэнергии нейтральным проводом позволяет снизить напряжение смещения нейтрали практически до нуля и выровнять фазные напряжения на приёмнике электроэнергии.

19.Свойства трехфазной цепи при соединении приемника «звездой». Привести схему.

Способ соединения	Определение	Схема	Соотношение между линейными и фазными величинами	Определение линейных и фазных токов и напряжений
Звездой	Это такое соединение, при котором концы обмоток источника или концы потребителя соединены в одной точке, которая называется нулевой или нейтральной точкой		U л = √3 U ф. I л = I ф.

Трёхфазный генератор всегда соединяется звездой и всегда симметричен. Фазы генератора обозначаются заглавными буквами А, В, С, нейтральная точка – заглавной буквой N. Начала фаз приём-ника обозначаются строчными буквами а, b, с,концы фаз – x, y, z, а нулевая точка – строчной буквой n.
Преимуществом трёхфазной цепи при соединении звездой является наличие двух напряжений – линейного и фазного.
Линейным проводом называется провод, соединяющий начало каждой фазы генератора с началом соответствующей фазы приёмника.
Линейные напряжения обозначаются: U_AB, U_BC, U_CA – для генератора и U_ab, U_bc, U_ca – для приёмника. Они измеряются между двумя линейными проводами. Поскольку генератор всегда симметричен, то при любой нагрузке (симметричной и несимметричной) линейное напряжение U _л = U_AB = U_BC = U_CA = U_ab = U_bc = U_ca.
При симметричной нагрузке
Провода, соединяющие концы фаз приёмника с нейтральной (нулевой) точкой называются фазными проводами, а напряжение, измеренное между началом и концом каждой фазы, называется фазным напряжением, соответственно они обозначаются U_A, U_B, U_C для генератора и U_a, U_b, U_c – для приёмника. При симметричной нагрузке фаз приёмника они равны между собой, при несимметричной – не равны.

Провод, соединяющий нейтральную точку генератора ^ N c нейтральной точкой приёмника n, называется нейтральным (нулевым) проводом, а напряжение, измеренное на нём при его размыкании, называется напряжением смещения нейтрали и обозначается U_Nn. Это напряжение может быть измерено только в случае несимметричной нагрузки.
Если потенциал нейтральной точки принять за начало отсчета, то фазные напряжения строятся от этой точки под углом 120° друг относительно друга, тогда линейные напряжения равны векторной разности фазных напряжений и образуют замкнутый равносторонний треугольник. При активной нагрузке (как в данной работе) фазные токи также равны и направлены по фазным напряжениям (j _a = j _b = j _c). Ток в нулевом проводе даже при его включении равен нулю и диаграмма представлена на рис. 1.
рис1.
Из этой диаграммы определяется соотношение между линейными и фазными напряжениями.
Действительно:
из заштрихованного треугольника
иначе: U _л = U _ф .

При несимметричной нагрузке и отсутствии нулевого провода, когда фазные напряжения и токи не равны, напряжение смещения нейтрали поэтому потенциал нейтральной точки приёмника j _n смещается относительно потенциала нейтральной точки генератора j _N, т. е. из центра треугольника линейных напряжений. Векторная диаграмма в этом случае представлена на рис. 2.

Рис. 2

Рис. 3
При несимметричной нагрузке фаз и включённом нулевом проводе происходит выравнивание фазных напряжений приёмника за счёт перераспределения токов в фазах, но появляется ток в нулевом проводе, равный векторной сумме фазных токов . В этом случае векторная диаграмма представлена на рис. 3.

20. Свойства трехфазной цепи при соединении приемников «треугольником». Привести схему.

Способ соединения	Определение	Схема	Соотношение между линейными и фазными величинами	Определение линейных и фазных токов и напряжений
Треугольником	Это такое соединение, при котором начало одной фазы соединяется с концом другой фазы		I л = √3 I ф. U л = U ф.

Трехфазная цепь состоит из трех основных элементов: трехфазного генератора с трехфазной системой ЭДС , , , линии передачи электрической энергии и приёмников, которые могут быть как трёхфазными так и однофазными. Фазы трёхфазного источника электрической энергии соединяются преимущественно звездой. При таком соединении концы фаз электрически соединяются в общую точку, называемую нейтральной. К началам фаз источника, обозначаемым буквами A, B, C присоединяются провода, с помощью которых источник соединяется с приёмником. Эти провода называются линейными, а трёхфазная цепь с тремя линейными проводами – трёхпроводной.

Фазы такого приёмника подключаются к двум линейным проводникам, поэтому независимо от величины и характера сопротивлений приёмника U _л = U _ф.

Трёхфазный приёмник называется симметричным, если комплексные сопротивления фаз равны между собой .

При невыполнении этого условия приёмник называется несимметричным.

Токи в фазах приёмника зависят от фазных напряжений и сопротивлений. При общепринятых условных положительных направлениях фазных и линейных токов связь между ними может быть установлена по первому закону Кирхгофа.

Важной особенностью соединения фаз приёмника треугольником является то, что при изменении сопротивления одной из фаз режим работы двух других фаз приёмника остаётся неизменным, изменяется ток только в фазе с изменившимся сопротивлением и линейные токи в проводах линии, соединённых с этой фазой. При симметричном режиме с симметричными системами фазных и линейных токов линейные токи больше фазных I _л = √3 I _ф.и отстают по фазе от соответствующих фазных токов на угол π/ 6.ется с концом другой фазы

21.Способы включения однофазных и трехфазных приемников трехфазную четырехпроводную цепь. Привести схему.

22.Как определяется мощность трехфазной цепи при соединении приемников «звездой» и «треугольником». Заземление и зануление в трехфазных цепях.

Активная мощность каждой фазы:

При соединении звездой

Треугольником

Активная мощность трех фаз:

при соединении звездой

треугольником

при симметричной нагрузке

На практике пользуются линейными значениями напряжения и тока. Тогда активная мощность для симметричной нагрузки

.

Часто индекс " Л " опускается

.

Для реактивной и полной мощностей

Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Состоит из статора, якоря, коллектора, щеткодержателя и подшипниковых щитов (рисунок 1). Статор состоит из станины (корпуса), главных и добавочных полюсов, которые имеют обмотки возбуждения. Эту неподвижную часть машины иногда называют индуктором. Главное его назначение — создание магнитного потока. Станина изготавливается из стали, к ней болтами крепятся главные и добавочные полюса, а также подшипниковые щиты. Сверху на станине имеются кольца для транспортирования, снизу — лапы для крепления машины к фундаменту. Стальные листы сердечника полюса спрессованы и скреплены заклепками.

Рисунок 1 – Машина постоянного тока:
I — вал; 2 — передний подшипниковый щит; 3 — коллектор; 4 — щеткодержатель; 5 — сердечник якоря с обмоткой; б — сердечник главного полюса; 7 — полюсная катушка; 8 — станина; 9 — задний подшипниковый щит; 10 — вентилятор; 11 — лапы; 12 — подшипник

В полюсах различают сердечник и наконечник. На сердечник надевают обмотку возбуждения, по которой проходит ток, создавая магнитный поток. Обмотка возбуждения наматывается на металлический каркас. Для лучшего охлаждения катушку делят на несколько частей, между которыми оставляют вентиляционные каналы. Добавочные полюса устанавливаются между главными. Они служат для улучшения коммутации. Их обмотки включаются последовательно в цепь якоря, поэтому проводники обмотки имеют большое сечение.

Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. На внешней поверхности якоря имеются пазы для обмотки.

Обмотка якоря изготавливается из медных проводов круглого или прямоугольного сечения в виде заранее выполненных секций. Они укладываются в пазы, где тщательно изолируются. Наиболее распространены арочные коллекторы.

В быстроходных машинах большой мощности для предотвращения выпучивания пластин под действием центробежных сил применяют внешние изолированные бандажные кольца.
Щеточный аппарат состоит из траверсы, щеточных пальцев (болтов), щеткодержателей и щеток. Траверса предназначена для крепления на ней щеточных пальцев щеткодержателей, образующих электрическую цепь.

Подшипниковые щиты электрической машины служат в качестве соединительных деталей между станиной и якорем, а также опорной конструкцией для якоря, вал которого вращается в подшипниках, установленных в щитах.

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.

Дата добавления: 2015-05-06