В.5.Елеістромагнітні співвідношення при енергоперетворенні

В.4. Зворотність електричних машин. Основні положення енергоперетворення.

Згідно закону Біо-Савара, на провідник зі струмом, що рухається в магнітному полі діє сила

(В.4)

Напрям котрого визначається за правилом лівої руки (рис.В.2.б). Через те, якщо до щіток машини змінного струму (див.рис.В.2)підвести змінний струм, то виникає сила, котра змушує провідники і рухатися в магнітному полі, і виток починає обертатися. Необхідно тільки, щоб частота струму відповідала в період запуску частоті обертання (вираз (В.3)). Аналогічне вище буде мати місце, якщо до щіток машини постійного струму (див. рис. В.3) підвести постійний струм. Колектор в цьому випадку буде грати роль інвертора, перетворюючи підведений постійний струм в змінний в середині якоря. Таким чином, ми отримаємо електриний двигун, який на відміну від генератора, перетворює електричну енергію в механічну.

За законом: Ленца, індукований струм завжди має такни напрям:, при якому виникаюча елекртромагнітна сила прагне перешкодити тій зміні (руху), завдяки якій індукується струм.

На основі згаданих вище законів і принципу роботи найпростіших електричних м:аі:нин можемо сформулювати такі основні замкни енергоперетворення:

1) безпосереднє взаємозворотнєперетворення механічної та електричної енергії в індуктивних електричних машинах можливо лише згоді, коли остання є енергією змінного струму;

2) для такою енергоперетворення необхідний електричний контур зі змінною індуктивності (в нашому випадку, це виток, ще обертається в магнітному полі);

3) для перетворення змінного струму і постійний в електричному контурі має бути змтний-електричний опір (його роль в електричних машинах відіграє контакт щітка - колектор, опір контакту змінюється від нескінченості, коли щітка не дотикається до колекторної пластини,, до деякої:мінімальної величини, коли щітка повністю перекриває пластину);

4) кожна електрична машина енергозворотня, тобто рівноцінно може працювати і як генератор, і як двигун;

5) оскільки для: виявлення закону елею:ро:магнІтної Індукції необхідно лиш відносне переміщення провідника і магнітного поля,- кожна єлекгрична маїїшиа'инєматйчно зворотна, тобто у неї може обертатися або якір, або індуктор.

Розглянемо: це питання на прикладі найпростішої машини постійного струму (див. рис. В.З), котра як видно з попереднього, є частковим випадком електромагнітного перетворення енергії.

Генератор. Прийнято вважати, що щітка, через яку струм: іде від генератора є додатною(+), а до якої струм підходить з від'ємною(-).

Так. як. ЕРС, що наводиться в провіднику визначається виразом (В.1), то ЕРС у витку, що складається з двох провідників і буде

Відомо, що середню індукцію можна подати як магнітний потік, що проходить через одиницю площі, яку він пронизує;

Швидкість переміщенні провідника в магнітному полі при обертанні якоря діаметром з частотою дорівнює

де кутова швидкість

Підставивши (В.6) І (В.7) у (В.5) отримаємо

(В.8)

де -постійна.

З (В.8) випливає, що середня ЕРС у витку електричної машини пропорційна добутку частоті обертання і магнітного потоку і не залежить від форми кривої розподілу індукції в повітряному проміжку між витком і магнітом.

Якщо щітка генератора (див. рис. В.З) опір якірної обмотки якого підключити навантаження опором через яку проходить струм, то згідно закону Кірхгофа для контуру якір – навантаження, можна записати

(В.9)

Звідси напруга на щітках генератора

(В. 10)

Електромагнітний момент, діючий на якір найпростішого генератора з витком дорівнює

(В.11)

Підставивши у (В.11) значення сили з (В.4) і індукції з (В.6) після об'єднання: всіх постійних величин отримаємо

(В.12)

Вираз (В.12) дозволяє сформувати дуже важливий висновок: електромагнітний моменті електричної машини виникає в результаті взаємодії магнітного потоку полюсів і струму в якорі, які є двома сторонами одного особливого виду матерії - електромагнітного поля.

Згідно першого закону Ньютона, підведений до валу якоря генератора обертальний момент за виключенням частин, що витрачається на подоланні моменту опору, про який буде детально сказано нижче, урівноважується електромагнітним моментом:

(В.14)

Двигун. Щітка двигуна, до якої підходить струм, вважається додатною (+), а від котрої струм відходить від'ємною (-). Коли по якорю проходить струм, з'являється електромагнітний момент і якір двигуна починає обертатися, а в провідниках його обмотки наводиться ЕРС, напрям якої, згідно закону Ленца, повинен бути таким:, щоб перешкоджати тій дії, в результаті якої вона виникає. Отже, ЕРС в якорі двигуна називається також проти - ЕРС.

До якоря двигуна прикладається напруга і в ньому протікає струм тобто підведена потужність дорівнює. Частина цієї потужності витрачається на нагрів обмотки якоря. Внутрішня потужність, розвинута якорем,, отже, звідки

(В.14)

Тобто, напруга, що підводиться до якоря урівноважується проти -ЕРС і спадом напруги в його обмотці, що складає звичайно 5-10% напруги.

Якщо з розвинутого якорем: елеісгромагнпного моменту вирахувати частину, витрачену на подолання: моменту опору, то залишиться цей корисний механічний момент, якийдвигун має на валу:

(В.15)

Загальний вираз. З механіки відомо, що потужність є добуток моменту на кутову швидкість, тоді електромагнітна потужність

(В.16)

де

(В.17)

Підставивши (В. 12) і (В. 1.7) у (В. 16) отримаємо

(В.18)

Такий чином:, електромагнітна потужність дорівнює внутрішній потужності якоря, і. це відображає процес взаємозворотного перетворення електричної і механічної енергії в електричних машинах.

Дата добавления: 2014-01-04