Електричні машини постійного струму

1. Пристрій електричної машини постійного струму

Електрична машина постійного струму складається з двох основних частин: нерухомої частини (індуктора) і обертається (якоря з барабанної обмоткою).
На рис. 1 зображена конструктивна схема машини постійного струму

Індуктор складається з станини 1 циліндричної форми, виготовленої з феромагнітного матеріалу, і полюсів з обмоткою збудження 2, закріплених на станині. Обмотка збудження створює основний магнітний потік.
Магнітний потік може створюватися постійними магнітами, укріпленими на станині.
Якір складається з наступних елементів: сердечника 3, обмотки 4, покладеної в пази сердечника, колектора 5.
Рис. 1
Сердечник якоря для зменшення втрат на вихрові точки набирається з ізольованих один від одного листів електротехнічної сталі.

2. Принцип дії машини постійного струму

Розглянемо роботу машини постійного струму в режимі генератора на моделі рис.2,

де 1 - полюси індуктора, 2 - якір, 3 - провідники, 4 - контактні щітки.
Провідники якірної обмотки розташовані на поверхні якоря. Зовнішні поверхні провідників очищені від ізоляції, а на ці поверхні провідників накладені нерухомі контактні щітки.
Контактні щітки розміщені на лінії геометричної нейтрали, проведеної посередині між полюсами.
Наведемо якір машини в обертання в напрямку стрілки.
Рис. 2
Визначимо напрямок ЕРС, индуктироваться в провідниках якірної обмотки за правилом правої руки.

Два провідника, з'єднані послідовно, утворюють один виток або одну котушку. ЕРС провідників, розташованих в зоні одного полюса, різні за величиною. Найбільша ЕРС індукується в провіднику, розташованому під серединою полюса, ЕРС, яка дорівнює нулю, - в провіднику, розташованому на лінії геометричної нейтрали.
Рис. 3
Якщо з'єднати всі провідники обмотки за певним правилом послідовно, то результуюча ЕРС якірної обмотки дорівнює нулю, струм в обмотці відсутня. Контактні щітки ділять якірну обмотку на дві паралельні гілки. У верхній паралельної гілки индуктируется ЕРС одного напрямку, в нижній паралельної гілки - протилежного напрямку. ЕРС, що знімається контактними щітками, дорівнює сумі електрорухомий сил провідників, розташованих між щітками.
На рис. 4 представлена ​​схема заміщення якірної обмотки.

У паралельних гілках діють однакові ЕРС, спрямовані зустрічно один одному. При підключенні до якірної обмотці опору в паралельних гілках виникають однакові струми , Через опір RH протікає струм I я.
Рис. 4
ЕРС якірної обмотки пропорційна частоті обертання якоря n2 і магнітного потоку індуктора Ф

(1)

де Се - константа.
У реальних електричних машинах постійного струму використовується спеціальне контактний пристрій - колектор. Колектор встановлюється на одному валу з сердечником якоря і складається з окремих ізольованих один від одного і від вала якоря мідних пластин. Кожна з пластин з'єднана з одним або декількома провідниками якірної обмотки. На колектор накладаються нерухомі контактні щітки. За допомогою контактних щіток обертається якірна обмотка з'єднується з мережею постійного струму або з навантаженням.

якір електродвигуна

3. Робота електричної машини постійного струму
в режимі генератора

Будь-яка електрична машина має властивість оборотності, тобто може працювати в режимі генератора або двигуна. Якщо до затискачів наведеного в обертання якоря генератора приєднати опір навантаження, то під дією ЕРС якірної обмотки в ланцюзі виникає струм

де U - напруга на затискачах генератора;
Rя - опір обмотки якоря.

(2)

Рівняння (2) називається основним рівнянням генератора. З появою струму в провідниках обмотки виникнуть електромагнітні сили.
На рис. 5 схематично зображено генератор постійного струму, показані напрямки струмів в провідниках якірної обмотки.

Скориставшись правилом лівої руки, бачимо, що електромагнітні сили створюють електромагнітний момент Мем, що перешкоджає обертанню якоря генератора.
Щоб машина працювала в якості генератора, необхідно первинним двигуном обертати її якір, долаючи гальмівний електромагнітний момент, що виникає по правилом Ленца .

Рис. 5

4. Генератори з незалежним збудженням.
характеристики генераторів

Магнітне поле генератора з незалежним збудженням створюється струмом, що подається від стороннього джерела енергії в обмотку збудження полюсів.
Схема генератора з незалежним збудженням показана на рис. 6.
Магнітне поле генераторів з незалежним збудженням може створюватися
від постійних магнітів (рис. 7).

Рис. 6 Рис. 7

Залежність ЕРС генератора від струму збудження називається характеристикою холостого ходу E = Uхх = f (Iв).
Характеристику холостого ходу отримують при розімкнутому зовнішньому ланцюзі (Iя) і при постійній частоті обертання (n2 = const)
Характеристика холостого ходу генератора показана на рис. 8.
Через залишкового магнітного потоку ЕРС генератора не дорівнює нулю при струмі збудження, що дорівнює нулю.
При збільшенні струму збудження ЕРС генератора спочатку зростає пропорційно.
Відповідна частина характеристики холостого ходу буде прямолінійна. Але при подальшому збільшенні струму збудження відбувається магнітне насичення машини, чому крива матиме вигин. При подальшому зростанні струму збудження ЕРС генератора майже не змінюється. Якщо зменшувати струм збудження, крива розмагнічування не збігається з кривою намагнічування через явища гістерезису.
Залежність напруги на зовнішніх затискачах машини від величини струму навантаження
U = f (I) при струмі збудження Iв = const називають зовнішньою характеристикою генератора.

Зовнішня характеристика генератора зображена на рис. 9.

Рис. 8 Рис. 9

З ростом струму навантаження напруга на затискачах генератора зменшується через збільшення падіння напруги в якірній обмотці.

5. Генератори із самозбудженням.
Принцип самозбудження генератора
з паралельним збудженням

Недоліком генератора з незалежним збудженням є необхідність мати окреме джерело живлення. Але за певних умов обмотку збудження можна живити струмом якоря генератора.
Самозбудні генератори мають одну з трьох схем: з паралельним, послідовним і змішаним збудженням. На рис. 10 зображений генератор з паралельним збудженням.

Обмотка збудження підключена паралельно якірної обмотці. У ланцюг збудження включений реостат R в. Генератор працює в режимі холостого ходу.
Щоб генератор самовозбудітся, необхідне виконання певних умов.
Першим з цих умов є наявність залишкового магнітного потоку між полюсами. При обертанні якоря залишковий магнітний потік індукує в якірній обмотці невелику залишкову ЕРС.
Рис. 10
Другою умовою є згідне включення обмотки збудження. Обмотки збудження і якоря повинні бути з'єднані таким чином, щоб ЕРС якоря створювала струм, що підсилює залишковий магнітний потік. Посилення магнітного потоку призведе до збільшення ЕРС. Машина самовозбуждается і починає стійко працювати з якимось струмом збудження Iв = const і ЕРС Е = const, залежними від опору R в в ланцюзі збудження.
Третьою умовою є те, що опір ланцюга збудження при даній частоті обертання повинно бути менше критичного. Зобразимо на рис. 11 характеристику холостого ходу генератора E = f (Iв) (крива 1) і вольт - амперна характеристику опору кола збудження Uв = Rв · Iв, де Uв - падіння напруги в ланцюзі збудження. Ця характеристика являє собою пряму лінію 2, нахилену до осі абсцис під кутом γ (tg γ ~ R в).

Струм обмотки збудження збільшує магнітний потік полюсів при згодному включенні обмотки збудження. ЕРС, індукована в якорі, зростає, що призводить до подальшого збільшення струму обмотки збудження, магнітного потоку і ЕРС. Зростання ЕРС від струму збудження сповільнюється при насиченні магнітного ланцюга машини.
Рис. 11
Падіння напруги в ланцюзі збудження пропорційно зростанню струму. У точці перетину характеристики холостого ходу машини 1 з прямою 2 процес самозбудження закінчується. Машина працює в стійкому режимі.
Якщо збільшимо опір ланцюга обмотки збудження, кут нахилу прямої 2 до осі струму зростає. Точка перетину прямої з характеристикою холостого ходу зміщується до початку координат. При деякому значенні опору кола збудження Rкр, коли
γ = γкр, самозбудження стає неможливим. При критичному опорі вольт - амперна характеристика ланцюга збудження стає дотичній до прямолінійної частини характеристики холостого ходу, а в якорі з'являється невелика ЕРС.

6. Робота електричної машини постійного струму
в режимі двигуна. Основні рівняння

Під дією напруги, підведеної до якоря двигуна, в обмотці якоря з'явиться струм I я. При взаємодії струму з магнітним полем індуктора виникає електромагнітний момент, що обертає

де CM - коефіцієнт, що залежить від конструкції двигуна.
На рис. 12 зображений схематично двигун постійного струму, виділений провідник якірної обмотки.

Струм в провіднику спрямований від нас. Напрямок електромагнітного обертального моменту визначиться за правилом лівої руки. Якір обертається проти годинникової стрілки. У провідниках якірної обмотки індукується ЕРС, напрямок якої визначається правилом правої руки. Ця ЕРС спрямована зустрічно струму якоря, її називають противо-ЕРС.
Рис. 12
У сталому режимі електромагнітний момент, що обертає Мем врівноважується протидіє гальмівним моментом М2 механізму, що приводиться в обертання.

На рис. 13 показана схема заміщення якірної обмотки двигуна. ЕРС спрямована зустрічно струму якоря. Згідно з другим законом Кірхгофа , звідки

. (3)

Рис.13 Рівняння (3) називається основним рівнянням двигуна.

З рівняння (3) можна отримати формули:

(4)
(5)

Магнітний потік Ф залежить від струму збудження Iв, створюваного в обмотці збудження. З формули (5) видно, що частоту обертання двигуна постійного струму n2 можна регулювати наступними способами:

1. зміною струму збудження за допомогою реостата в ланцюзі обмотки збудження;
2. зміною струму якоря за допомогою реостата в ланцюзі обмотки якоря;
3. зміною напруги U на затискачах якірної обмотки.

Щоб змінити напрямок обертання двигуна на зворотне (реверсировать двигун), необхідно змінити напрямок струму в обмотці якоря або індуктора.

7. Механічні характеристики електродвигунів
постійного струму

Розглянемо двигун з паралельним збудженням в сталому режимі роботи (рис. 14). Обмотка збудження підключена паралельно якірної обмотці.

, звідки

(6)

Механічною характеристикою двигуна називається залежність частоти обертання якоря n2 від моменту на валу M2 при U = const і Iв = const.
Рівняння (6) є рівнянням механічної характеристики двигуна з паралельним збудженням.
Рис. 14

Ця характеристика є жорсткою. Зі збільшенням навантаження частота обертання такого двигуна зменшується незначною мірою (рис. 15).

На малюнку 16 зображено двигун послідовного збудження. Якірна обмотка і обмотка збудження включені послідовно.

Струм збудження двигуна одночасно є струмом якоря. Магнітний потік індуктора пропорційний току якоря.

де k - коефіцієнт пропорційності.
Момент на валу двигуна пропорційний квадрату струму якоря.

звідки

Механічна характеристика двигуна послідовного збудження є м'якою (рис. 17). Зі збільшенням навантаження швидкість двигуна різко падає.
Зі зменшенням навантаження на валу двигун розвиває дуже велику частоту обертання. Кажуть, що двигун йде в рознос. Робота двигуна послідовного збудження без навантаження недопустима.
Двигун змішаного збудження має механічну характеристику, що представляє собою щось середнє між механічними характеристиками двигуна паралельного і послідовного збудження.
Двигуни з паралельним збудженням застосовуються для приводу верстатів і різних механізмів, які потребують широкої, але жорсткої регулювання швидкості.
Двигуни з послідовним збудженням застосовуються в якості тягових двигунів електровозів, трамваїв і т.д., коли жорсткість, тобто ривки моменту неприпустимі. до змісту
Чи знаєте Ви, що таке уявний експеримент, gedanken experiment?
Це неіснуюча практика, потойбічний досвід, уява того, чого немає насправді. Уявні експерименти подібні снам наяву. Вони народжують чудовиськ. На відміну від фізичного експерименту, який є досвідченою перевіркою гіпотез, "уявний експеримент" фокусніческі підміняє експериментальну перевірку бажаними, що не перевіреними на практиці висновками, маніпулюючи логікообразнимі побудовами, реально порушують саму логіку шляхом використання недоведених посилок в якості доведених, тобто шляхом підміни. Таким чином, основним завданням заявників "уявних експериментів" є обман слухача або читача шляхом заміни реального фізичного експерименту його "лялькою" - фіктивними міркуваннями під чесне слово без самої фізичної перевірки.
Заповнення фізики уявними, "уявними експериментами" призвело до виникнення абсурдною сюрреалістичної, заплутано-заплутаною картини світу. Справжній дослідник повинен відрізняти такі "фантики" від справжніх цінностей.

Релятивісти і позитивісти стверджують, що "уявний експеримент" вельми корисний Інтрументи для перевірки теорій (також виникають в нашому розумі) на несуперечливість. У цьому вони обманюють людей, так як будь-яка перевірка може здійснюватися лише незалежним від об'єкта перевірки джерелом. Сам заявник гіпотези не може бути перевіркою свого ж заяви, так як причина самого цієї заяви є відсутність видимих ​​для заявника протиріч в заяві.

Це ми бачимо на прикладі СТО і ОТО, що перетворилися на своєрідний вид релігії, керуючої наукою і громадською думкою. Ніяке кількість фактів, що суперечать їм, не може подолати формулу Ейнштейна: "Якщо факт не відповідає теорії - змініть факт" (В іншому варіанті "- Факт не відповідає теорії? - Тим гірше для факту").

Максимально, на що може претендувати "уявний експеримент" - це тільки на внутрішню несуперечливість гіпотези в рамках власної, часто аж ніяк не істинної логіки заявника. Відповідність практиці це не перевіряє. Справжня перевірка може відбутися тільки в дійсному фізичному експерименті.

Експеримент на те і експеримент, що він їсти не витончені думки, а перевірка думки. Несуперечлива всередині себе думка не може сама себе перевірити. Це доведено Куртом Геделем.

Поняття "уявний експеримент" придумано спеціально спекулянтами - релятивістами для шулерською підміни реальної перевірки думки на практиці (експерименту) своїм "чесним словом". Детальніше читайте в FAQ по ефірної фізиці .

НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру 13.06.2019 - 5:11: ЕКОЛОГІЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЇ ЗАГИБЕЛІ бджіл ТА ІНШИХ запилювачів РОСЛИН - Карім_Хайдаров.
12.06.2019 - 9:05: ВІЙНА, ПОЛІТИКА І НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема державного тероризму - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ФІЗИКА - Experimental Physics -> Експерименти Серлі і його послідовників з магнітами - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Андрія Маклакова - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від В'ячеслава Осієвського - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Світлани Віслобоковой - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 6:28: Астрофізики - Astrophysics -> До 110 річчя Тунгускою катастрофи - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Володимира Васильовича Квачкова - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВІСТЬ - Conscience -> Вищий розум - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВІЙНА, ПОЛІТИКА І НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ страви - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВІСТЬ - Conscience -> РОСІЙСЬКИЙ СВІТ - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 8:40: ЕКОНОМІКА І ФІНАНСИ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС СВІТОВОЇ ФІНАНСОВОЇ СИСТЕМИ - Карім_Хайдаров.