Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Физика /

Двигатель постоянного тока



Скачать реферат


Двигатель постоян-ного тока

Вращая генератор постоянного тока какой-нибудь внешней си-лой, мы затрачиваем определенную механическую мощность Pмех, а в сети получаем соответствующую злектрическую мощность Рэл. Проделаем теперь с генератором постоянного тока обратный опыт. Подключим к зажимам генератора какой-нибудь внешний источник тока, например аккумуляторную батарею, и пропустим ток от этого источника через индуктор и якорь генератора, соединенные после-довательно или параллельно, как на рисунке 1. Мы увидим, что тотчас же якорь генератора прийдет во вращение. Соединив вал якоря со станком, мы можем привести в движение и станок. Гене-ратор будет теперь работать как электрический двигатель. Теперь превращение энергии происходит в обратном направлении: мы за-трачиваем определенную электрическую мощность Рэл, которую мы заимствуем от внешнего источника тока, и превращаем ее в соот-ветствующую механическую мощность Рмех.

индуктор

якорь Шетки коллектора

к сети

Рис. 1.

Происхождение сил, создающих действующий на якорь электро-двигателя вращающий момент, понять не трудно. Когда мы про-пускаем ток через витки якоря, находящиеся в магнитном поле ин-дуктора, то на них действуют силы, перпендикулярные к направле-нию тока и направлению индукции магнитного поля; направление этих сил может быть определено по правилу левой руки.

На рисунке 2 показаны силы, действующие на отдельные про-водники обмотки(секции) якоря в момент, когда плоскость этой обмотки расположена под некоторым углом к направлению маг-нитного поля. Легко видеть, что силы, действующие на проводники bc, ag и de, лежащие в плоскости, перпендикулярной к оси враще-ния, всегда направлены параллельно этой оси. Поэтому они не соз-дают вращающего момента якоря, а стремятся лишь деформиро-вать(сжать или растянуть) его обмотку. Силы же, действующие на проводники ab и cd, параллельные оси вращения, перпендикулярны к этой оси и создают вращающий момент, который и приводит во вращение вал якоря и связанные с ним валы станков, оси трамваев и т.п.

Рис. 2.

Действующий на якорь механический вращающий момент имеет наибольшее значение тогда, когда соответствующая обмот-ка лежит в плоскости, параллельной направлению магнитного поля. По мере поворота обмотки этот вращающий момент уменьшается и обращается в ноль, когда обмотка становится перпендикулярно к направлению поля. В этом положении силы, действующие на про-водники ab и cd, лежат в одной плоскости (плоскости обмотки), так что они не создают вращающего момента, а стремятся только де-формировать обмотку. При дальнейшем повороте обмотки знак вращающего момента меняется, т.е. он начинает действовать в про-тивоположную сторону. Поэтому если бы не было коллектора, то направление вращающего момента менялось бы после каждого по-луоборота якоря, и длительное вращение было бы не возможно. Но, коллектор изменяет направление тока в обмотках как раз в те мо-менты, когда обмотка стоит перпендикулярно к линиям поля. Бла-годаря этому вращающий момент сохраняет свое направление и якорь вращается постоянно в одну сторону.

Таким образом, когда машина работает как генератор постоян-ного тока, то роль коллектора заключается в выпрямлении пере-менного тока, индуцируемого в ее обмотках, а когда машина рабо-тает как двигатель, то коллектор таким же образом “выпрямляет” вращающий момент, т.е. заставляет машину длительно вращаться в одну сторону.

Направление вращения коллекторного двигателя зависит от соотношения между направлением магнитного поля индуктора и направлением тока в якоре. Различные возможные здесь случаи изображены на рис. 3, из которого видно, что, для того чтобы изме-нить направление вращения двигателя, нужно изменить направле-ние тока либо в якоре машины, либо в ее индукторе. Если же одно-временно изменить направление обоих токов, например присоеди-ним тот зажим машины, который раньше был соединен с положи-тельным зажимом сети, к отрицательному и наоборот, то машина будет продолжать вращаться в прежнюю сторону.

Рис. 3.

Из этого ясно, что снабженный коллектором электродвигатель постоянного тока может работать и от сети переменного тока, по-тому что при каждом изменении направления тока будет одновре-менно изменятся и направление тока в индукторе и в якоре. Однако такие коллекторные двигатели переменного тока применяются сравнительно редко, преимущественно в виде двигателей малой мощности. В технике чаще всего применяются трехфазовые элек-тродвигатели с вращающимся полем.

Силы, действующие в магнитном поле на проводники якоря, по которым идет ток, существуют и тогда когда этот ток возникает в результате индукции, т.е. машина работает как генератор, и тогда, когда этот ток посылается внешним источником, т.е. машина рабо-тает как двигатель.

Когда машина работает как генератор, эти силы по правилу Ленца направлены так, чтобы создаваемый ими вращающий момент тормозил процесс, вызывающий появление индуцированной э.д.с., т.е. был противоположен тому моменту, который приводит генератор во вращение. Таким образом, в этом случае приводящие генератор во вращение внешние силы должны преодолеть, уравно-весить те силы, которые действуют на якорь в магнитном поле. По-нятно, что эти силы тем дольше, чем больше ток в якоре, т.е. чем больше электрическая мощность, потребляемая в сети, которую питает генератор. Поэтому по мере возрастания электрической на-грузки генератора, т.е. отдаваемой им электрической мощности Pэл, возрастает и механическая мощность Pмех, которую нужно затра-тить, чтобы поддержать его вращение с прежней частотой. В этом легко убедится, если попробовать вращать ротор генератора от ру-ки. При работе генератора вхолостую (без нагрузки) или при очень малой нагрузке приходится делать лишь очень небольшое усилие, чтобы вращать его. Но если мы подключим к генератору лампочку накаливания мощностью, скажем, 100 Вт и попробуем вращать ро-тор генератора так, что мы убедимся, что это очень трудно. Прихо-дится затрачивать большое усилие, чтобы преодолевать силы, дей-ствующие в магнитном поле индуктора на активные проводники якоря, через которые теперь проходит ток около 1А. Таким обра-зом, по мере возрастания нагрузки генератора, т.е. отдаваемой им электрической мощности Pэл, возрастает и поглощаемая им механи-ческая мощность Pмех, необходимая для поддержания прежней час-тоты вращения ротора и прежнего напряжения.

Точно так же, когда машина работает в качестве двигателя, при возрастании ее механической нагрузки, т.е. при увеличении отда-ваемой ею механической мощности, должна соответственно возрас-тать и поглощаемая ею из сети электрическая мощность, т.е. дол-жен увеличиваться ток через якорь. В правильности этого легко убедиться, включив в цепь якоря амперметр. Когда двигатель ра-ботает вхолостую или совершает очень небольшую работу, ток в цепи якоря очень мал. Увеличим теперь нагрузку якоря, например тормозя его вал или присоединив к двигателю какой-нибудь станок. Мы заметим, что при этом ток через якорь, измеряемый ампермет-ром, автоматически усилиться до необходимого значения, при ко-тором отбираемая от сети электрическая мощность равна затрачи-ваемой двигателем полезной механической мощности плюс неиз-бежные потери на нагревание проводников током, на перемагничи-вание железа в якоре и на трение в движущихся частях соединенно-го с ней станка.




Copyright © 2005—2007 «Mark5»