U_39_40_41_EM_postoyannogo_toka

1. Электрические машины постоянного тока

- Устройство и виды машин постоянного тока,
- принцип действия,
- устройство обмотки якоря,
- потери в машинах постоянного тока.

2. Историческая справка

Принципиальная возможность создания
электродвигателя постоянного тока была впервые
показана М. Фарадеем в 1821 г.; в созданном им
приборе проводник, по которому пропускали
постоянный ток, вращался вокруг магнита.
Двигатель постоянного тока с электромагнитным
возбуждением был создан в России академиком Б. С.
Якоби в 1834 г., который назвал его магнитной
машиной. В 1838 г. им был построен более мощный
электродвигатель, который использовался для
привода гребного винта речного катера. Принцип
обратимости электрических машин был также
впервые сформулирован русским физиком
академиком Э.X. Ленцем.

3. Электрическая машина постоянного тока – это электромеханическое устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую

(генератор) или электрическую в
механическую (двигатель)
Генератор постоянного тока вырабатывает
постоянный ток и применяется для питания
электрических двигателей, установок электролиза,
для зарядки аккумуляторов и т.д.
Двигатели постоянного тока создают механический
вращающий момент, который используется для
привода различных механизмов и транспортных
средств.

4. Преобразование энергии в электрической машине

В первом случае такая электрическая машина называется
электрическим двигателем, во втором–генератором электроэнергии
Электрические машины обладают свойством обратимости. Это означает,
что одна и та же машина может работать как электродвигателем, так
и генератором.

5. В основе работы электрических машин лежат проявления магнитного поля.

В частности электромагнитный вращающий момент возникает при
взаимодействии магнитного поля, создаваемого в электрической машине,
с электрической обмоткой, в которой замыкается ток (силовое действие
магнитного поля).
При работе электрической машины ее обмотки перемещаются
относительно магнитного поля. При этом в обмотках индуцируется ЭДС
(индукционное действие магнитного поля).
Совместное действие этих проявлений магнитного поля определяет свойства и
характеристики электрической машины.
Таким образом, в основе конструкции электрических машин лежит
магнитная цепь, в которой формируется магнитное поле
определенной интенсивности и необходимым образом распределенное
в пространстве.

6. В основе работы электрических машин лежат проявления магнитного поля.

7. Виды электрических машин

В зависимости от характера магнитного поля,
конфигурации магнитопровода магнитной цепи
машины, характера электрического тока в ее обмотках
все электрические машины можно разделить на типы:
1. Электрические машины постоянного тока;
2. Асинхронные электрические машины;
3. Синхронные электрические машины;
4. Специальные электрические машины.

8. Двигатель постоянного тока. Условное обозначение МПТ на схеме эл. цепей

9. Конструкция машин постоянного тока

Основными частями машины постоянного тока
являются статор и ротор.
Статор – неподвижная часть машины,
Ротор -вращающаяся.
Статор состоит из станины , представляющей
собой стальной полый цилиндр, являющийся
механическим остовом машины и одновременно
служащий частью магнитопровода.
Ротор машины постоянного тока называется
якорем, представляет из себя цилиндр,
набранный из листов электротехнической стали.

10. Конструкция машин постоянного тока

11. Устройство машины постоянного тока

1 - Коллектор
2 - Щеточный контакт
3 – сердечник якоря
4 – сердечник полюса
5 – обмотка возбуждения
6 – корпус (станина)
7 – крышка вентилятора
8 – вентилятор
9 – обмотка якоря

12. Устройство и назначение элементов машины

Станина
изготовлена из магнитопроводящего материала (чугун, сталь).
Является магнитопроводом и основной деталью, к которой
крепятся все остальные детали.
Полюс с обмоткой возбуждения
состоит из шихтованного сердечника, наконечника и катушки.
Служит для создания магнитного поля в машине
( иногда заменяется магнитом).
Якорь с якорной обмоткой
цилиндр, набранный из листов электротехнической стали,
изолированных и запрессованных на валу, на внешней
поверхности есть пазы для укладки обмотки, которая крепится в
них клиньями или бандажами.
В якоре появляется ЭДС.

13. а) якорь без обмотки, б) якорь с обмоткой

1 – листы сердечника якоря
2 – свободный конец вала
3 – пазы для якорной
обмотки
4 – якорная обмотка
5 – бандажные кольца
6 - коллектор

14. Устройство якоря

15. Устройство и назначение элементов машины

Коллектор состоит из клиновидных медных пластин,
изолированных и набранных на втулке. К выступам пластин
крепится концы обмотки якоря. Коллектор служит
механическим переключателем секций обмотки якоря
(механическим выпрямителем).
Щеточный контакт прилегает к поверхности коллектора и
состоит из графитовых щеток, щеткодержателя и траверсы.
Служит для электрического соединения подвижной и
неподвижной части машины.

16. Принцип работы в режиме генератора

Если якорь соединить с нагрузкой и завращать его посторонним двигателем,
то в обмотке якоря, которая вращается в магнитном поле, созданным
обмоткой возбуждения, появится ЭДС по закону электромагнитной индукции,
и в нагрузке потечет ток.
Но на проводник с током в магнитном поле по закону Ампера действует
электромагнитная сила, создавая тормозной момент, который должен
преодолеть посторонний двигатель.
Таким образом машина, потребляя механическую энергию постороннего
двигателя, вырабатывает постоянный ток.
ЭДС генератора: Е = U + Iя · Rя
- U – напряжение на зажимах генератора, В
- Iя – ток якоря, А
- Rя – сопротивление обмотки якоря, Ом

17. Простейший генератор - рамка(виток), вращающаяся в магнитном поле

Простейшим генератором является рамка (виток), вращающаяся в магнитном
поле .
В электрических генераторах применяют не один виток, а несколько десятков.
Эти витки, соединенные соответствующим образом, образуют обмотку якоря
генератора. При вращении обмотки якоря в магнитном поле генератора в
каждом витке обмотки наводится ЭДС. Если к генератору подключен
потребитель, то по цепи генератор-потребитель пойдет ток.
Для вращения обмотки якоря необходим первичный двигатель—дизель,
турбина, колесная пара и т.д.
Для создания магнитного поля в генераторе на обмотку
возбуждения подается ток от первичного
источника, например аккумулятора.

18. Принцип работы в режиме двигателя

Если якорь соединить с сетью, то в обмотке якоря потечет ток. Но на
проводник с током в магнитном поле, созданным обмоткой возбуждения
по закону Ампера действует электромагнитная сила, создавая
вращающий момент.
Но наведенная ЭДС по закону электромагнитной индукции будет
направлена встречно току (противо ЭДС).
Таким образом, машина, потребляя постоянный ток, вырабатывает
механическую энергию.
ЭДС двигателя: Е = U - Iя · Rя
- U – напряжение питания, В
- Iя – ток якоря, А
- Rя – сопротивление обмотки якоря, Ом

19. Принцип работы электрического двигателя основан на возникновении электромагнитной силы, действующей на рамку с током в

магнитном поле.
Под действием электромагнитной силы сторона ab двигается
справа налево, а сторона сd слева направо. Возникшая пара
электромагнитных сил приведет к повороту витка, т.е. образуется
вращающий момент. Свойство витка и катушки с током
поворачиваться в магнитном поле широко используется в
электротехнике;
электрические двигатели и ряд
электроизмерительных приборов
работают по этому принципу.
Возникновение вращающего момента

20. Якорь электрической машины постоянного тока

Для увеличения вращающего момента в электрических
двигателях применяют не один виток, а несколько.
Эти витки, соединенные соответствующим образом, образуют
обмотку якоря электродвигателя.

21. Устройство обмотки якоря

якорь
коллектор
Полюс с ОВ
Секция ОЯ
В МПТ применяют петлевую или
волновую обмотку
Основной элемент ОЯ – секция
Секция-это часть обмотки,
присоединенная к двум соседним
коллекторным пластинам. Состоит из
одного или нескольких витков.
Её активные стороны лежат под
полюсами, часть обмотки,
расположенная с торца называется
лобовой.
В МПТ обмотка двухслойная, секции
соединены последовательно.
Группы секций образуют
параллельные ветви, их число равно
числу полюсов машины.

22. Часть энергии, которая не используется в машине с пользой, называется ПОТЕРЯМИ МОЩНОСТИ.

Потери в МПТ:
Магнитные потери Рм – происходят в
магнитопроводе и полюсах машины из-за
перемагничивания.
Электрические потери Рэл – возникают в
обмотках якоря и возбуждения из-за нагрева.
Механические потери Р мех – возникают во
вращающихся частях и подшипниковых щитах
из-за трения о воздух.
Добавочные потери Рдоб – возникают из-за
действия реакции якоря.

23. Написать расшифровку обозначенных частей якоря (самостоятельно)

24. Контроль знаний по МПТ

1. Перечислить основные
элементы МПТ.
2. На каком принципе основана работа МПТ.
3. Рассчитать ЭДС (генератора/двигателя)
машины, если U=220В, Iя=2А, Rя=10(Ом).
4. Как определяется КПД МПТ. Перечислить
виды потерь и значения КПД.
5. Вариант№1 – описать режим работы двигателя
Вариант№2 – описать режим работы генератора