От чего зависит эдс генератора постоянного тока: Эдс и вращающий момент генератора постоянного тока

Содержание

Эдс и вращающий момент генератора постоянного тока

Выясним, как зависит ЭДС генератора постоян­ного тока от параметров машины, скорости враще­ния якоря и магнитного потока. При равномерном перемещении проводника дли­ной I со скоростью и в магнитном поле с индукцией В (скорость перпендикулярна вектору индукции), в нем по закону электромагнитной индукции воз­никнет ЭДС е: Рассмотрим движение проводника обмотки яко­ря в магнитном поле под полюсом. Чтобы опреде­лить среднее значение ЭДС в этом проводнике, вве­дем понятие средней индукции. Пусть Ф магнитный поток, создаваемый глав­ным полюсом, тогда при 2р полюсах общий маг­нитный поток равен 2рФ. Допустим, что индукция равномерно распределена по всему воздушному за­зору. Тогда ее среднее значение

где s - площадь поверхности якоря, d - диаметр якоря, I - длина образующей цилиндра якоря. Пред­полагая, что вектор средней магнитной индукции везде направлен по радиусу якоря, т.е. перпендику­лярно скорости, мы получим для средней ЭДС в од­ном проводнике обмотки якоря

(10.3) где U - линейная скорость вращения проводника обмотки якоря.

страницы: 1,2,3,4

Учитывая, что скорость вращения проводника обмотки якоря или в об/мин

и nугловая скорость и частота вра­щения якоря, соответственно) и подставляя в (10.3) значение средней индукции (10.2), получим (104) Обмотка якоря состоит из N активных проводни­ков. Щетки делят эту обмотку на 2а параллельных ветвей. Таким образом, в пределах каждой параллель­ной ветви последовательно соединяются N/20. актив­ных проводников. Поскольку ЭДС генератора е рав­на ЭДС параллельной ветви, то для нее можно запи­сать следующее выражение: (10.5)

Подставляя в (10.5) выражение для средней ЭДС (10.4), получим

где с = рМ/6Оа - постоянная, зависящая только от параметров машины.

Таким образом, мы видим, что ЭДС генератора постоянного тока пропорциональна значению маг­нитного потока машины ф и скорости вращения якоря п. Следовательно, для поддержания постоян­ного напряжения на зажимах генератора можно изменять ЭДС, либо изменяя магнитный поток, либо скорость вращения якоря (либо и то и другое). Обыч­но якорь генератора приводят во вращение двигате­лем, работающим при определенной скорости вра­щения, а магнитный поток изменяют путем изме­нения тока в обмотке возбуждения. Вычислим мощность генератора постоянного тока: Р= (10.7) причем работой А следует считать механическую работу, затрачиваемую на преодоление тормозного момента, развиваемого якорем. В формуле (10.7) мощность можно выразить через линейную скорость вращения якоря: , (10.8) где Р - сила, действующая на якорь, а и - линей­ная скорость точки на поверхности якоря. Как мы уже видели, линейная скорость провод­ника на поверхности якоря , где п - чисто­та вращения якоря, и - диаметр якоря. Подставляя выражение для скорости в (10.8) и переходя к оборотам в минуту, получим P= (10.9)

На каждый проводник обмотки якоря с током I действует по закону Ампера сила F = IВcp l а на N проводников обмотки с учетом формулы (10.2) будет действовать сила

(10.10)

Подставляя соотношение (10.10) в (10.9) и учиты­вая формулу (10.6), получим: P= ( 10.11)

Вращающий момент машины можно записать в виде (10.12)

где - постоянный коэффициент, учитыва­ющий особенности конструкции машины.

Информация о генераторах постоянного тока

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения. Свойства и характеристики генераторов постоянного тока зависят главным образом от схемы включения обмотки главных полюсов. По этому признаку генераторы делятся на генераторы независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Последние три типа генераторов относятся к генераторам с самовозбуждением.

Основные величины и характеристики генератора. Основными величинами, характеризующими работу генераторов постоянного тока, являются: вырабатываемая мощность Р, напряжение на выводах U, ток возбуждения Iв, ток якоря Iя или ток нагрузки /, частота вращения п (обычно n = const).

Зависимость между этими величинами описывается двумя уравнениями:

а) уравнением ЭДС

;

б) уравнением электрического состояния цепи якоря

U = ERЯIЯ (1.3)

Последнее уравнение, определяющее напряжение на выводах генератора, показывает, что направление ЭДС и тока в якоре генератора совпадают.

Основными характеристиками, определяющими свойст­ва генераторов, являются:

Ø  характеристика холостого хода (XXX) — зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при постоянной частоте вращения: E=f(IВ) при  I = 0 и n = nном = const;

Ø  внешняя характеристика — зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и постоянной частоте вращения: U=f(I) при RВ= const и n = const ;

Ø регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения IВ от тока нагрузки I: I

В = f(I) при условии поддержания постоянного напряжения на выводах генератора (U = const)  и  n = nном = const.

Электродвижущая сила генератора - Энциклопедия по машиностроению XXL

Электродвижущая сила генератора. При вращении ротора его магнитный поток индуктирует в обмотке статора переменную синусоидальную э. д. с. Частота индуктированной 9. д. с.  [c.534]

Реостатное торможение. Сериесный двигатель в режиме реостатного торможения работает как сериесный генератор. Обмотка возбуждения пли яко])ь предварительно переключаются, чтобы сохранить прежнее направление тока в обмотке возбуждения. В результате в процессе самовозбуждения первоначальное магнитное поле остаточного магнетизма усиливается и электродвижущая сила генератора возрастает вместе с током до тех пор, пока не будет достигнуто равенство  [c.450]


Где — электромагнитная мощность генератора в квт Я—электродвижущая сила генератора в в /—сила тока генератора в а т] — коэфи-циент, учитывающий механические потери и потери в железе генератора — эффективная мощность на валу дизеля в л. с. Л/ — мощность вспомогательных механизмов, приводимых от вала дизеля, в л. с.  
[c.575]

С целью максимального использования мощности дизеля во время движения поезда необходимо регулировать электродвижущую силу генератора таким образом, чтобы мощность дизеля, а следовательно, и мощность генератора (если пренебречь изменением f J и Ng) оставалась неизменной при изменении силы тока, т. е.  [c.575]

При уменьшении скорости вращения дизель-генератора электродвижущая сила генератора уменьшает-  [c.578]

Приняв максимальную электродвижущую силу генератора при полной мощности "max находят  [c.589]

Через точки и а проводят прямую, а также пря мую аЬ, параллельную ОА. Прямая аЬ в точке пересечения с характеристикой для п = 100% даёт максимальную электродвижущую силу генератора при холостом ходе. Такие же прямые проведены для нагрузок 300, 600 а и т. д., причём для проведения этих прямых от точки а отложены отрезки, равные  [c.590]

Во время разгона поезда электродвижущая сила генератора при скорости определяется из равенства  

[c.594]

Частотой вращения — измеряемой величиной — легко модулируется практически любой параметр электрического тока. Наиболее широкое распространение получили тахометры с амплитудной и частотной модуляцией измерительного сигнала. Примерами электрических тахометров с амплитудной модуляцией могут служить тахо-генераторы постоянного или переменного тока и магнитный тахометр. Схема тахометров постоянного тока состоит из генератора постоянного тока, связанного с рабочим валом, и измерительного прибора (в большинстве случаев используется обычный вольтметр магнитоэлектрической системы). Электродвижущая сила генератора постоянного тока прямо пропорциональна частоте вращения, благодаря чему шкала прибора оказывается линейной.  [c.240]

Электродвижущая сила генератора. Если предположить, что N — число активных проводников обмотки якоря, 2а — число параллельных ветвей, — диаметр якоря, п — частота вращения якоря, измеряемая числом оборотов в минуту, то основной поток Ф = т/Вср, тогда э. д. с. якоря  [c.22]


Электрические тяговые машины 16 Электродвижущая сила генератора 19, 22  
[c.301]

В СССР выпускаются генераторы с самовозбуждением, схема которых показана на рис. 8-12. Намагничивающая обмотка питается от третьей, дополнительной щетки с. Благодаря поперечной реакции якоря напряжение между третьей и основной щетками мало зависит от тока нагрузки. Режим сварки регулируют при помощи реостата Р в цепи намагничивающей обмотки возбуждения НО, который определяет напряжение холостого хода генератора. При коротком замыкании напряжение дуги равно нулю, а электродвижущая сила генератора падает до величины, уравновешивающей падение напряжения в сопротивлении сварочной цепи. Для расширения пределов регулирования от размагничивающей обмотки РО сделан дополнительный вывод.  [c.389]

Принципиальная схема генератора с размагничивающей последовательной обмоткой и независимым возбуждением показана на рис. 129, а. Генератор имеет две обмотки возбуждения. Первая обмотка, называемая обмоткой независимого возбуждения, создает постоянный магнитный поток Фн и питается током от сети переменного тока через феррорезонансный стабилизатор напряжения и селеновый выпрямитель, установленные на корпусе генератора. Вторая обмотка, называемая размагничивающей, включена в сварочную цепь последовательно. При холостом ходе ток по ней не проходит и электродвижущая сила генератора создается только магнитным по-  

[c.228]

Электродвижущая сила генератора при работе на нагрузку определяется результирующей м. д. с. возбуждения Р  [c.139]

Рабочий цикл экскаватора осуществляется совокупной работой механизмов подъема, напора и поворота. Приводы этих механизмов работают в повторно-кратковременных режимах, с частыми пусками, реверсами и остановками, занимающими значительную часть общего времени цикла экскавации. Поэтому переходные процессы от одного установившегося режима к другому являются наиболее характерными для оценки качества работы и производительности машины в целом. Электропривод главных механизмов должен обеспечивать плавные нарастание и спадание электродвижущей силы генераторов и определенные величины ускорений, а также быстроту протекания переходных процессов. Чем меньше расхождение статических и динамических характеристик главных приводов и короче время переходных процессов, тем выше качество системы управления и, следовательно, выше производительность экскаватора.  

[c.160]

Если Е — Ео sin at есть электродвижущая сила генератора, вращающегося с угловой скоростью щ, то, очевидно, уравнение тока в рассматриваемом контуре будет иметь вид  [c.96]

Высокотемпературные ионизированные продукты сгорания движутся с большой скоростью по каналу 4. В поперечном направлении к движению газов электромагнитом 3 создается мощное магнитное поле. При пересечении ионизированными газами магнитного поля в них возникает электродвижущая сила, а на электродах 2 — соответствующая разность электрических потенциалов. Часть электрической энергии расходуется электромагнитом на возбуждение магнитного поля, а другая часть ее, полученная в МГД-генераторе, поступает в преобразователь 10 постоянного тока на переменный.  [c.469]

Электродвижущая сила (э. д. с., Е) — отношение энергии, получаемой заряжёнными частицами от источника тока (или генератора), к величине их заряда. Электродвижущая сила — причина, вызывающая движение электричества между двумя точками. Единица на-  [c.513]

С увеличением нагрузки падает результирующий поток генератора, а следовательно, и снижаются индуктированная им электродвижущая сила и напряжение на зажимах генератора. Падающая внешняя характеристика достигается в результате совместного размагничивающего действия потока реакции якоря и последовательной обмотки.  

[c.283]

На фиг. 81 построены также характеристики при п — 95 90 и 85"/о. Точки пересечения прямых аЬ и т. п. с характеристиками генератора при различных п дают электродвижущие силы, по которым можно определить = Е. I  [c.590]


Представьте себе пьезоэлектрический датчик, установленный на шаботе пресса, на наковальне, на тисках,— словом, непосредственно в месте возникновения шума. Удар Наковальня и пьезодатчик вздрагивают, датчик мгновенно возбуждается и генерирует электродвижущую силу. Эта сила отпирает преобразовательную лампу, н рабочий вместо оглушительного удара молота слышит в наушниках мелодичный шум, похожий на перезвон колоколов. Источник звучания — звуковой генератор, а вы-  [c.264]

Принцип действия МГД-генератора основан на том, что при пересечении магнитного поля потоком ионизированного газа в последнем возникает электродвижущая сила, которая может быть снята с помощью электродов. Если к этим электродам подключить какое-либо электрическое сопротивление, то образуется цепь, в которой будет проходить постоянный ток. Таким образом будет осуществлено преобразование кинетической энергии потока в электроэнергию.  [c.236]

Выражение (3.113) соответствует эквивалентной схеме, изображенной на рис. 3.14. Роль эк-вивалентной электродвижущей силы генератора валентная схе-здесь играет величина MzF o=kgFI(l2h), кото- ма пьезопреобра-  [c.79]

Эта установка имеет малую производительность, тан как путем нескольких проб приходится находить величину дисбаланса, как и при статической балансировке. На современных электрифицированных балансиро-вочных станках автомобильного завода имени Лихачева и Горьковского автомобильного завода (рис. 16) регистрируется не только наличие дисбаланса, но и его величина. Здесь колебаниями рамы 2 вызываются колебания катушки электрического генератора 6, преобразующего механические колебания в электрические. Величина электродвижущей силы генератора после выпрямлени измеряется гальванометром 8. по показаниям которого можно судить о величине дисбаланса. Для ускорения затухания свободных колебаний датчиков и опор введены жидкостные гасители. Чтобы установить величину дисбаланса не только по окружности, но и длине изделия, концы рамы попеременно фиксируют. Зафиксированный конец рамы не работает, поэтому все показания несбалансированности относятся к свободному концу изделия, Привод изделия осуществляется от индивидуального асинхронного электродвигателя мощностью 0,6 кет и 1500 об1мин. Минимальный вес балансируемой детали —  [c.53]

Возможность использования такого способа обусловливается тем, что для данной конструкции электродвижущая сила генератора пропорциональна скорости его вращения, а для генераторов переменного тока и частота пропорциональна числу оборотов ротора. Привод генератора тахометра связывают с валом, двигателя зубчатой передачей с постоянным передаточным числом. Таким образом, измеряя напряжение или частоту тока, вырабатываемого генератором тахометра, можно судить о числе оборото1В коленчатого вала (или вала турбины) авиационного двигателя.  [c.245]

ТэлГ — термоэлектрический электро(полупроводниковый) генератор ТЭмГ — термоэмиссионный генератор ТИГ — термоионный электрогенератор ТУ — турбинная установка ТЭС — тепловая электростанция ЭАБ — электрохимическая аккумуляторная батарея ЭГДГ — электрогазв(гидро)динамический (электро)генератор ЭДС — электродвижущая сила ЭУ — энергетическая установка  [c.194]

Питание потенциометров эталонных напряжений Ro, R, IR — 12R осуществляется от генератора несущей частоты через оы прямитель ЗВ и фильтр. Электродвижущая сиЛа, полученная в результате сравнения неодинаковых напряжений от датчика нагружаемой сис-  [c.178]

Рг — onst подбирается характеристика генератора так, чтобы электродвижущая сила автоматически изменялась обратно пропорционально току генератора, т. е. Е = onst. Изменение тока нагрузки непосредственно вызывает изменение магнитного потока, и регулирование может осуществляться в идеальном случае без перегрузки или разгрузки дизеля, а следовательно, и при неизменной скорости вращения дизеля.  [c.576]

Так как мощность генератора = = Ei = onst, то электродвижущая сила гене-  [c.583]

Точки пересечения характеристики генератора при постоянной скорости вращения с гиперболой постоянной мощности (фиг. 74) дают предельные значения электродвижущей силы -Лшах и п11п> при которых мощность дизеля используется полностью.  [c.587]

СчЬч,... с кривой 2 дают сразу значение электродвижущей силы при Пч- Если она питается от возбудителя, электродвижущая сила которого пропорциональна скорости вращения дизель-генератора, то необходимо вместо Оа отложить отрезок  [c.588]

При отсутствии характеристики холостого хода данного генератора можно для предварительных приближённых подсчётов пользоваться процентной характеристикой (фиг. 78), где точка 1ООО/0 электродвижущей силы соответствует значению среднему для различных тепловозов. При выпуклых характеристиках  [c.588]

Для построения можно воспользоваться процентной характеристикой холостого хода генератора (фиг. 78) при этом поинято, что соответствует ординате 9СИ /о по процентной характеристике. В соответствии с этим на фиг. 81 построена характеристика, где электродвижущая сила выражена вей ампервитки возбуждения-в процентах.  [c.589]

Тогда, около десяти лет назад, в Институте высоких температур АН СССР под руководством академика В. А. Кириллина и члена-корреспондента АН СССР А. Е. Шейндлина был разработан первый советский магнитогидродинамический генератор электроэнергии. Это была маленькая, почти настольная, лабораторная установка. Ее мощности едва хватало, чтобы качнулись стрелки чувствительных приборов. От своего будущего зрелого прототипа модель отличалась больше, чем игрушечный автомобильчик от сорокатонного самосвала, но она работала, давала ток и подтверждала правильность теоретических принципов, положенных в ее основу. А принципы эти просты и понятны каждому школьнику. Ведь МГД-генератор отличается от обычной динамомашины лишь тем, что роль медной обмотки якоря в нем выполняет поток диссоциированной электропроводной жидкости или ионизированного газа. При пересечении таким проводниковым потоком магнитных силовых линий в нем возбуждается электродвижущая сила. Если вокруг потока разместить электроды-коллекторы и замкнуть их через внешнюю сеть, то в нее будет поступать  [c.117]


Элект рогенератор служит для преобразования механической энергии в электрическую. Принцип действия генератора заключается в возникновении электродвижущей силы в проводнике, пере-  [c.16]

Генератор постоянного тока формулы

На заре электрификации генератор постоянного тока оставался безальтернативным источником электрической энергии. Довольно быстро эти альтернаторы были вытеснены более совершенными и надёжными трехфазными генераторами переменного тока. В некоторых отраслях постоянный ток продолжал быть востребованным, поэтому устройства для его генерации совершенствовались и развивались.

Даже в наше время, когда изобретены мощные выпрямительные устройства, актуальность генераторов постоянного электротока не потерялась. Например, они используются для питания силовых линий на городском электротранспорте, используемых трамваями и троллейбусами. Такие генераторы по-прежнему используют в технике электросвязи в качестве источников постоянного электротока в низковольтных цепях.

Устройство и принцип работы

В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.

Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока

По мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.

Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e1 = Blvsinw t; e2 = -Blvsinw t; , где B магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t время, w t – угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.

При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinw t, а это значит, что изменение она подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.

Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генератором

Такой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.

Рис. 3. Ротор генератора

Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.

И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.

Конструкция двигателя (он же генератор) понятна из рисунка 4. Неподвижный статор состоит из двух сердечников полюсов, состоящих из ферримагнитных пластин, и обмоток возбуждения, соединённых последовательно. Щётки расположены по одной линии друг против друга. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.

Рис. 4. Двигатель постоянного тока

Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

  • устройства с параллельным возбуждением;
  • альтернаторы с последовательным возбуждением;
  • устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

  • зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
  • характеристики внешних параметров;
  • регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.

Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.

Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.

Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

Применение

До недавнего времени использование тяговых генераторов постоянного тока на ж/д транспорте было безальтернативным. Однако уже начался процесс вытеснения этих генераторов синхронными трёхфазными устройствами. Переменный ток, синхронного альтернатора выпрямляют с помощью выпрямительных полупроводниковых установок.

На некоторых российских локомотивах нового поколения уже применяют асинхронные двигатели, работающие на переменном токе.

Похожая ситуация наблюдается с автомобильными генераторами. Альтернаторы постоянного тока заменяют асинхронными генераторами, с последующим выпрямлением.

Пожалуй, только передвижные сварочные аппараты с автономным питанием неизменно остаются в паре с альтернаторами постоянного тока. Не отказались от применения мощных генераторов постоянного тока также некоторые отрасли промышленности.

УРАВНЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Основные соотношения, характеризующие работу машины в качестве генератора, можно представить в виде приведенных ниже уравнений. Эти уравнения справедливы для всех генераторов независимо от способа их возбуждения.

Уравнение равновесия напряжения. Напряжение на выводах генератора U всегда меньше наводимой в обмотке якоря ЭДС Е на значение падения напряжения, т. е.

U = E IaΣra ΔUщ.

Падение напряжения в цепи якоря состоит из двух составляющих: IaΣra падение напряжения в обмотках и ΔUщ. — падение напряжения в щеточном контакте. Сопротивление Σra включает в себя сопротивления обмотки якоря и всех последовательно соединенных с ней обмоток. В общем случае

Σra = ra + rд.+ rс + rк,

где ra, rд, rс, rк сопротивления обмоток: якоря, дополнительных полюсов, последовательной и компенсационной.

В зависимости от конкретной схемы генератора часть сопротивлений в (2) будет отсутствовать.

Для приближенных расчетов уравнение (1) можно упростить:

U = E Ia Ra,

(3)

где Ra=Σra+rщ. Переходное сопротивление щеточного контакта rщприближенно принимается постоянным и равным

rщ = ΔUщ/ Ia, ном.

Ток якоря генератора Ia обусловлен ЭДС E и всегда имеет с ней одинаковое направление:

Ia = (E U)/Ra.

(4)

Уравнение баланса мощностей. Это уравнение получим, если правую и левую части (1) умножим на ток Ia:

Произведение E Ia=Pэмназывается электромагнитной мощностью и представляет собой суммарную электрическую мощность, которая получается в результате преобразования механической мощности. Часть этой мощности расходуется в цепи якоря на электрические потери в обмотках (I 2 aΣra= Pэ,а) и в переходном сопротивлении щеточного контакта (ΔUщIa= Pэ,щ).

Остальная часть мощности, равная произведению UIa, является отдаваемой мощностью генератора. В генераторах независимого возбуждения эта мощность поступает во внешнюю сеть и представляет собой полезную мощность генератора P2:

(5)

В генераторах параллельного и смешанного возбуждения полезная мощность P2, отдаваемая в сеть, меньше на значение мощности, затрачиваемой на возбуждение:

P2 = UIa Pв.

К генератору от двигателя, приводящего во вращение его якорь ,подводится механическая мощность P1. Большая часть этой мощности преобразуется в электромагнитную Pэм, а другая ее часть расходуется в генераторе на покрытие механических потерь Pмх(трение в подшипниках, вентиляцию), магнитных потерь в стали якоря Pми добавочных потерь Pд:

P1 = Pэм + Pмх.+ Pм+ Pд.

Для генераторов независимого возбуждения мощность, затрачиваемая на возбуждение, поступает от постороннего источника, поэтому в левой части (7) следует принимать

P1 = Pэм + Pмх.+ Pм+ Pд + Pв.

Отношение P2/P1=η представляет собой КПД генератора.

Рассмотренное преобразование мощности в генераторах постоянного тока для наглядности можно представить в виде энергетической диаграммы (рис. 2). Эта диаграмма построена для генератора параллельного возбуждения.

Уравнение равновесия моментов. Поделив правую и левую части уравнения (7) на угловую скорость якоря Ω=2πn/60, получим уравнение момента:

P1 = Pэм/Ω + (Pмх.+ Pм+ Pд)/Ω,

М1 = М + (Pмх.+ Pм+ Pд)/Ω.

Электромагнитный момент М в генераторе направлен против вращения и равен М=cMIaФ. При увеличении тока Ia возрастает электромагнитный момент и, следовательно, момент и мощность, поступаемая от приводного двигателя.

Когда-то генераторы постоянного тока, преобразующие механическую энергию в электрическую, были единственными источниками электроэнергии. На сегодня чаще всего используются надежные трехфазные преобразователи переменного тока. Но в некоторых отраслях постоянный ток был регулярно востребован, поэтому устройства для выработки последнего неизменно совершенствовались.

Как работает


Функционирование генератора основывается на свойствах, которые следуют из известного закона электромагнитной индукции. Когда замкнутый контур разместить между полюсами магнита (постоянного), то в условиях вращения он будет проходить через магнитный поток. Во время перехода вырабатывается электродвижущая сила, возрастающая при приближении к полюсу. В случае, если присоединить нагрузку, то образуется поток тока. Когда витки рамки будут выходить из области воздействия магнита, то ЭДС будет уменьшаться и достигнет нуля при горизонтальном положении рамки. При дальнейшем вращении противолежащие контурные части изменят магнитную полярность.

Значения ЭДС в активных обмотках контура вычисляются по формулах: е1= В I v sin wt, е2= — В I v sin wt, где I — длинна одной стороны рамки, В — магнитная индукция, v — скорость вращения (линейная) контура, t — время, wt — угол пересечения магнитного потока рамкой.

Направление тока меняется в период смены полюсов. Поскольку вращение коллектора происходит одновременно с рамой, то электроток на нагрузке имеет одинаковое направление. Такая схема лежит в основе выработки постоянного электричества. Суммарная ЭДС будет иметь следующий вид: е= 2В I v sin wt.

Такой ток почти непригоден для применения, поскольку присутствуют пульсации ЭДС. Последние надо уменьшать к допустимому уровню. Для этой цели применяют много магнитных полюсов, рамки заменяют якорями, у которых намного больше обмоток и коллекторов. К тому же, соединение обмоток выполняется разными методами.

Ротор производится из стали. В пазы на сердечниках укладываются витки провода, которые составляют рабочую обмотку якоря. Проводники соединяют последовательно. Они образуют секции, создающие замкнутую цепь.

Интересно! Для процесса генерации неважно: вращаются обмотки контура или магнит. По этой причине роторы для маломощных альтернаторов изготавливают из постоянных магнитов, а переменный ток выпрямляют при помощи диодных мостов или иными схемами.

Узнать, из чего состоит генератор постоянного тока, поможет картинка 4.

Установка состоит из главных узлов:

  • неподвижная часть — главные и дополнительные полюса, станина;
  • вращающаяся часть (якорь) — стальной сердечник, коллектор.

В процессе работы установки ток проводится сквозь обмотку и образуется магнитный поток полюсов. Специальные неподвижные щетки (из сплава графита) способствуют объединению обеих частей генератора в единую цепь.

Устройство и принцип действия генератора постоянного тока за долгий период применения остались прежними, несмотря на некоторые совершенствования.

Классификация

Существуют генераторы постоянного тока с независимым возбуждением обмоток, с самовозбуждением. Последние модели используют электричество, которое ими же вырабатывается. По способу объединения обмоток якорей альтернаторы делят на устройства с возбуждением следующих типов:

Схема генератора постоянного тока представлена на картинке 5.

С параллельным возбуждением

Чтобы электроприборы работали в нормальном режиме, необходимо стабильное напряжение, которое не зависит от изменений в общей нагрузке. Эта проблема решается методом настройки параметров возбуждения. В таких генераторах катушка подключена (через реостат) параллельно обмотке якоря. Реостат может замыкают обмотку. В противном случае при разъединении цепи возбуждения внезапно повысится ЭДС самоиндукции, что может повредить изоляционный материал. В состоянии непродолжительного замыкания энергия превращается в тепловую, чем предотвращается разрушение устройства.

Электромашины с возбуждением такого вида не требуют внешнего источника питания. Самовозбуждение обмоток происходит под действием остаточного магнетизма в сердечнике магнита. Последние, для улучшения описанного процесса, производят из стали. Самовозбуждение длится до тех пор, пока ток не станет максимальным, а электродвижущая сила не покажет номинальное значение.

Преимущество вышеописанных электрогенераторов в том, что на них почти не влияют электротоки при коротком замыкании.

С независимым возбуждением

Источниками питания для обмоток нередко стают аккумуляторы или же иные устройства. В машинах с малой мощностью применяются постоянные магниты, обеспечивающие присутствие главного магнитного потока. На валу альтернатора располагают микрогенератор (возбудитель), который вырабатывает электроток для возбуждения якорных обмоток. Для этой цели необходимо от 1 до 3 % номинального тока якоря. Изменение электродвижущей силы выполняется регулирующим реостатом.

Достоинство: на возбуждающий ток не имеет воздействия напряжение на зажимах.

С последовательным возбуждением

Последовательными обмотками вырабатывается ток, который равняется электротоку альтернатора. В случае холостого хода отсутствует нагрузка, поэтому возбуждение нулевое. Это обозначает, что регулировочные свойства не существуют.

В агрегате с последовательным возбуждением почти нет тока, если ротор вращается на холостых оборотах. Чтобы запустить возбуждение, требуется подключение нагрузки к зажимам устройства. Явная связанность напряжения с нагрузкой считается огромным минусом последовательных обмоток. Подобные агрегаты используются лишь для питания электрических приборов, у которых нагрузка постоянная.

Со смешанным возбуждением

Самые лучшие свойства собраны в конструкции агрегатов со смешанным возбуждением. Особенность устройств в том, что они состоят из двух катушек:

  • основная — подключена параллельным способом к обмоткам якоря;
  • вспомогательная — подключена последовательным способом.

В цепи основной присутствует реостат, который регулирует ток возбуждения. Процедура самовозбуждения генератора со смешанным типом такая же, как у агрегата с параллельными обмотками (в самовозбуждении не принимает участия последовательная обмотка, так как отсутствует исходный ток). А свойства холостого хода идентичны характеристикам генератору с параллельной обмоткой. Такие особенности разрешают настраивать напряжение на зажимах устройства.

Технические параметры

Работа генератора определяется зависимостью между основными величинами, которые являются его главными характеристиками:

  • отношения между величинами на холостом ходу;
  • внешние параметры;
  • регулировочные значения.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока крайне важна, так как раскрывает взаимосвязь напряжения и нагрузки. Она отображена на графике. Согласно последнего наблюдается незначительное уменьшение напряжения, но оно почти не зависит от нагрузочного тока (если сохраняется скорость оборотов двигателя).

В устройствах с параллельным возбуждением больше выражено влияние нагрузки на напряжение. Это объясняется уменьшением тока в обмотках. Чем выше ток нагрузки, тем быстрее будет уменьшаться напряжение на зажимах агрегата.

Если увеличить величину тока при последовательном возбуждении, то вырастет ЭДС. Но напряжение не достигнет высокого значения электродвижущей силы, так как часть энергии уйдет на потери от вихревых токов.

При достижении напряжением максимального значения и одновременным увеличением нагрузки, первое начинает стремительно снижаться в то время, как кривая электродвижущей силы продолжает подниматься. Это считается большим недостатком, ограничивающим использование генератора такого типа.

В устройствах со смешанным возбуждением предвиденные встречные подключения обеих катушек. Конечная сила при однонаправленном подключении равняется сумме векторов намагничивающих сил, при встречном — их разнице.

При равномерном увеличении нагрузки напряжение на зажимах почти не меняется. Оно будет расти лишь тогда, если число проводов последовательной обмотки превышает число витков, которое соответствует номинальному возбуждению якоря.

Генераторы со встречным включением применяются в том случае, если нужно ограничить токи короткого замыкания. К примеру, при подсоединении аппаратов для сварки.

Важной характеристикой генератора считается его КПД — соотношение полезной и полной мощности: η = P 2 / P1. При холостом ходе такое отношение равно нулю (η=0). При номинальных нагрузках КПД достигнет максимального значения. Мощные агрегаты имеют коэффициент полезного действия около 90 %.

Электродвижущая сила (ее значение) пропорциональна магнитному потоку, числу проводников (активных) в обмотках, частоте вращения якоря. Если менять последние параметры, то можно легко управлять значением ЭДС. Последнее относится и к напряжению. Нужный результат достигается методом изменения частоты вращения якоря.

Мощность

Выделяют полезную и полную мощности устройства. При постоянной электродвижущей силе полная мощность находится в прямо пропорциональной зависимости от тока: P=EIa. Полезная, которая отдается в цепь, Р1=UI.

Реакция якоря

Если к альтернатору подключить внешнюю нагрузку, то электротоки его обмотки создадут магнитное поле. Тогда возникнет сопротивление полей якоря и статора. Поле будет самым сильным в тех местах, где ротор приближается к магнитным полюсам, очень слабым — в точках максимального удаления. Ротор чувствует магнитное насыщение стальных катушечных сердечников. Сила реакции напрямую зависит от насыщенности в проводах. В результате на пластинках коллекторов будет происходить искрение щеток.

Уменьшение реакции достигается при использовании восполняющих магнитных полюсов или передвижением щеток с линии оси.

Где используются


Еще совсем недавно генераторы постоянного тока устанавливались на транспорте для железных дорог. Но сейчас их вытесняют синхронные трехфазные устройства. Переменный ток синхронных агрегатов выпрямляют полупроводниковыми установками. Некоторые новые локомотивы используют асинхронные двигатели, которые работают на переменном токе.

Такие же обстоятельства и с автогенераторами, которые постепенно замещают асинхронными устройствами с дальнейшим выпрямлением.

Стоит заметить, что передвижное оборудование для сварки (имеющие автономное питание) обычно находится в паре с таким генератором. Отдельные отрасли промышленности продолжают применять мощные агрегаты описанного типа.

Тема 8.1. Электрические машины. Генераторы постоянного тока

Генератор постоянного тока

Министерство образования Российской Федерации Томский государственный педагогический университет И.С. Кашинская Генератор постоянного тока методическое указание Томск 2003 УДК 621.3 Печатается по решению

Подробнее

Тема 8.2. Двигатели постоянного тока

Тема 8.2. Двигатели постоянного тока Вопросы темы 1. ринцип работы двигателя постоянного тока. 2. Способы возбуждения двигателей постоянного тока. 1. ринцип работы двигателя постоянного тока Рис. 9. ринцип

Подробнее

Тема 3.2 Переменный ток

. Вращение рамки в магнитном поле. Переменный ток 3. Трансформаторы Тема 3. Переменный ток. Вращение рамки в магнитном поле Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической

Подробнее

Синхронные электрические машины

1 Синхронные электрические машины Общие сведения и элементы конструкции Лекции профессора Полевского В.И. Синхронными машинами называются электрические машины переменного тока, у которых магнитное поле,

Подробнее

ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА 1. Общие сведения о машинах постоянного тока. 2. Принцип действия генератора постоянного тока. 3. Принцип работы двигателя постоянного тока. 4. Рабочий процесс машины постоянного

Подробнее

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики, электротехники и автоматики ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Подробнее

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики, электротехники и автоматики ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Методические

Подробнее

Машины постоянного тока

Машины постоянного тока 1 Электрические машины постоянного тока двигатели генераторы Двигатели - металлургическая промышленность, электрический транспорт Генераторы -питание электролитическихванн; зарядка

Подробнее

Электрические машины

1 Электрические машины Общие сведения Лекции профессора Полевского В.И. Лекция 1 Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее преобразование механической и электрической

Подробнее

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра автоматики и электротехники ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Методические указания к лабораторным

Подробнее

ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ» Зеленодольский институт машиностроения

Подробнее

Электротехника Асинхронный двигатель

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" Кафедра "Электротехника и электротехнологические системы"

Подробнее

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЛЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА» САМАРСКИЙ ФИЛИАЛ ФГБОУ ВО «ВГАВТ» УПРАВЛЕНИЕ СПО САМАРСКИЙ РЕЧНОЙ

Подробнее

Сборник задач для специальности АТ 251

Сборник задач для специальности АТ 251 1 Электрические цепи постоянного тока Задания средней сложности 1. Определить, какими должны быть полярность и расстояние между двумя зарядами 1,6 10 -б Кл и 8 10

Подробнее

7. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ Основные понятия

7. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ 7.1. Основные понятия Асинхронные машины относятся к классу электрических машин переменного тока. Мощность асинхронных машин может быть от долей ватта до нескольких тысяч киловатт.

Подробнее

Сборник задач для специальности ОП 251

Сборник задач для специальности ОП 251 1 Электрическое поле. Задания средней сложности 1. Два точечных тела с зарядами Q 1 =Q 2 = 6 10 11 Кл расположены в воздухе на расстоянии 12 см друг от друга. Определить

Подробнее

Тема 5. Трёхфазные электрические цепи

Тема 5. Трёхфазные электрические цепи Вопросы темы. 1. Принцип построения трехфазной системы. 2. Соединение звездой. 3. Соединение треугольником. 4. Мощность трехфазной системы. 1. Принцип построения трехфазной

Подробнее

ГЛАВА 1. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПРЕДИСЛОВИЕ ГЛАВА 1. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1.1.Электрическая цепь 1.2.Электрический ток 1.3.Сопротивление и проводимость 1.4.Электрическое напряжение. Закон Ома 1.5.Связь между ЭДС и напряжением источника.

Подробнее

Тема 1. Линейные цепи постоянного тока.

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ 2 системы и технологии» Тема 1. Линейные цепи постоянного тока. 1. Основные понятия: электрическая цепь, элементы электрической цепи, участок электрической цепи. 2. Классификация

Подробнее

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. 1. Общие сведения о машинах переменного тока.. Вращающееся магнитное поле. 3. Устройства и принцип действия асинхронного двигателя. 4. Влияния скольжения на ЭДС,

Подробнее

Однофазный трансформатор.

050101. Однофазный трансформатор. Цель работы: Ознакомиться с устройством, принципом работы однофазного трансформатора. Снять его основные характеристики. Требуемое оборудование: Модульный учебный комплекс

Подробнее

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция Явление электромагнитной индукции Электромагнитная индукция явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его. Явление

Подробнее

Четыре закона электромеханики

Четыре закона электромеханики Содержание: 1. Общие сведения 1.1. Преобразование энергии связано с вращающимися магнитными полями 1.2. Для обеспечения непрерывного преобразования энергии необходимо, чтобы

Подробнее

3.4. Электромагнитные колебания

3.4. Электромагнитные колебания Основные законы и формулы Собственные электромагнитные колебания возникают в электрической цепи, которая называется колебательным контуром. Закрытый колебательный контур

Подробнее

9. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

9. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Машины постоянного тока являются обратимыми машинами, т.е. они могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Двигатели постоянного тока имеют преимущества

Подробнее

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1 1. Три источника тока с ЭДС ξ 1 = 1,8 В, ξ 2 = 1,4 В, ξ 3 = 1,1 В соединены накоротко одноименными полюсами. Внутреннее сопротивление первого источника r 1 = 0,4 Ом, второго

Подробнее

Задачи. Принцип суперпозиции.

Задачи. Принцип суперпозиции. 1. В вершинах квадрата находятся одинаковые заряды Q = 0, 3 нкл каждый. Какой отрицательный заряд Q x нужно поместить в центре квадрата, чтобы сила взаимного отталкивания

Подробнее

ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ.

ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. 1. Достоинства трехфазной цепи. 2. Принцип получения трехфазной ЭДС. 3. Соединение трехфазной цепи звездой. 4. Назначение нейтрального провода. 5. Соединение трехфазной цепи

Подробнее

Теоретические вопросы

Теоретические вопросы 1 Применение, устройство и виды трансформаторов 2 Принцип действия трансформатора, режимы работы 3 Схема замещения трансформатора и его внешняя характеристика 4 Опыты холостого хода

Подробнее

ТЕСТ "Техническое обслуживание электрооборудования"

по теме: «Изучение конструкции, технических параметров и изоляции основного электрооборудования электрических станций и сетей»

ПМ 01. МДК 01.01. «Техническое обслуживание электрооборудования электрических станций, сетей и систем»

Тест

ВАРИАНТ 1

1. На практике не применяют генератор постоянного тока последовательного возбуждения потому, что

a) Напряжение на зажимах генератора резко изменяется при изменении нагрузки.

б) Напряжение на зажимах генератора практически не изменяется при изменении нагрузки

в) ЭДС уменьшается при увеличении нагрузки г) ЭДС генератора практически не изменяется.

2. При постоянном напряжении питания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения магнитный поток возбуждения уменьшился. Как изменилась частота вращения?

a) Уменьшилась. б) Не изменилась в) Увеличилась г) Периодически изменяется

3. Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения - это зависимость

а) Е от I возб б) не снимается в) Iвозб от Iнarp г) U от I нагр

4. Номинальный ток двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением Iном = 50 А. Чему равен ток обмотки возбуждения?

a) 100 А б) 50 А в) 25 А. г) 250А

5. Сердечник якоря машины постоянного тока набирают из листов электротехнической стали, изолированных между собой

a) Для уменьшения потерь мощности от вихревых токов б) Из конструктивных соображений в) Для уменьшения магнитного сопротивления потоку возбуждения. г) Для снижения радиопомех

6. Генератор постоянного тока смешанного возбуждения это генератор, имеющий:

a) Параллельную обмотку возбуждения б) Последовательную обмотку возбуждения

в) Параллельную и последовательную обмотки возбуждения. г) Имеющий специальные обмотки возбуждения.

7. Мощность, потребляемая двигателем постоянного тока из сети P1 = 2 кВт, мощность нагрузки Р2 = 1,6 кВт. Определить КПД двигателя в %

a) 80% б) 75% в) 85% г) 90%

8. Что произойдет с ЭДС генератора параллельного возбуждения при обрыве цепи возбуждения?

a) ЭДС увеличится б) ЭДС не изменится в) ЭДС снизится до Еост г) ЭДС станет равной нулю.

9. Что происходит в якоре генератора постоянного тока при нагрузке?

а) Индуктируется ЭДС б) Механическая энергия преобразуется в электрическую

в) Электрическая энергия преобразуется в механическую г) Возникает электромагнитная сила.
10. Якорь имеет 12 элементарных пазов. Обмотка якоря двухслойная. Определите а) число секций в обмотке б) число коллекторных пластин

а) а =12, б=12 б) а=6, б=12 в) а=6, б=6 г) а=12, б=6

11. Что происходит в двигателе постоянного тока при нагрузке?

а) Индуктируется ЭДС б) Механическая энергия преобразуется в электрическую

в) Электрическая энергия преобразуется в механическую г) Возникает электромагнитная сила.

12. Какая ЭДС индуцируется в витках обмотки якоря генератора постоянного тока

а) постоянная по значению и переменная по направлению б) постоянная по направлению и переменная по значению в) постоянная по значению и направлению г) переменная по направлению и по значению

13. Как уменьшить искрение щеток в коллекторных машинах постоянного тока?

а) Сдвигом щеток и физической нейтрали с геометрической нейтрали. б) Постановкой дополнительных щеток. в) сдвигом физической нейтрали с геометрической г) сдвигом щеток с геометрической нейтрали

14. Для чего служит коллекторно-щеточный узел в генераторе постоянного тока?

а) Для электрического соединения якорной обмотки с сетью б) Для электрического соединения обмотки возбуждения с сетью в) Для преобразования постоянного тока в переменный ток и наоборот в обмотке возбуждения г) Для преобразования переменного тока в постоянный и наоборот в обмотке якоря

15. При включении ГПТ на параллельную работу с сетью необходимо, чтобы

а) генератор был под нагрузкой б) генератор был без нагрузки в) генератор был нагружен на 50% г) не имеет, значения нагружен он или нет

16. Самовозбуждение ГПТ параллельного возбуждения происходит, если

а) есть поле остаточной намагниченности и оно совпадает по направлению с магнитным полем обмотки возбуждения б) есть поле остаточной намагниченности и оно совпадает по направлению с магнитным полем обмотки якоря в) есть магнитное поле обмотки возбуждения и оно совпадает по направлению с магнитным полем обмотки якоря г) есть поле остаточной намагниченности и оно совпадает по направления с магнитным полем обмотки возбуждения и магнитным полем обмотки якоря

17. КПД ДВП составляет 90%, нагрузка двигателя 2,7 кВт, при этом двигатель потребляет из сети

а) 2,43 кВт б) 243 кВт в) 3кВт г) 0,03 кВт

18. Характеристика холостого хода генератора постоянного тока последовательного возбуждения - это зависимость

а) Ео от I возб б) не снимается в) Iвозб от Iнarp г) U от I нагр

19. Реакция якоря – это

А) воздействие магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря

б) воздействие магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения

в) воздействие магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря или воздействие магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения

г) отсутствие воздействия магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря или воздействия магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения

20. Характер поперечной реакции якоря зависит

А) от состояния магнитной системы машины б) от места установки щеток в) от состояния магнитной системы машины и места установки щеток г) от нагрузки машины

ВАРИАНТ 2

1. Какая ЭДС индуцируется в витках обмотки якоря генератора постоянного тока

а) постоянная по направлению и переменная по значению б) постоянная по значению и направлению в) переменная по направлению и по значению г) постоянная по значению и переменная по направлению

2. Как уменьшить искрение щеток в коллекторных машинах постоянного тока?

а) Сдвигом щеток и физической нейтрали с геометрической нейтрали. б) сдвигом щеток с геометрической нейтрали в) Постановкой дополнительных щеток г) сдвигом физической нейтрали с геометрической

3. Реакция якоря – это

а) воздействие магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря б) воздействие магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря или воздействие магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения в) отсутствие воздействия магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря или воздействия магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения г) воздействие магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения

4. Характер поперечной реакции якоря зависит

а) от нагрузки машины б) от места установки щеток в) от состояния магнитной системы машины и места установки щеток г) от состояния магнитной системы машины

5. Сердечник якоря машины постоянного тока набирают из листов электротехнической стали, изолированных между собой

a) Для уменьшения потерь мощности от вихревых токов б) Из конструктивных соображений в) Для уменьшения магнитного сопротивления потоку возбуждения. г) Для снижения радиопомех

6. Генератор постоянного тока смешанного возбуждения это генератор, имеющий:

a) Параллельную обмотку возбуждения б) Параллельную и последовательную обмотки возбуждения в) Последовательную обмотку возбуждения г) Имеющий специальные обмотки возбуждения.

7. На практике не применяют генератор постоянного тока последовательного возбуждения потому, что

a) Напряжение на зажимах генератора практически не изменяется при изменении нагрузки б) ЭДС уменьшается при увеличении нагрузки в) Напряжение на зажимах генератора резко изменяется при изменении нагрузки г) ЭДС генератора практически не изменяется.

8. При постоянном напряжении питания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения магнитный поток возбуждения уменьшился. Как изменилась частота вращения?

a) Уменьшилась. б) Не изменилась в) Увеличилась г) Периодически изменяется

9. Для чего служит коллекторно-щеточный узел в генераторе постоянного тока?

а) Для электрического соединения обмотки возбуждения с сетью б) Для электрического соединения якорной обмотки с сетью в) ) Для преобразования переменного тока в постоянный и наоборот в обмотке якоря г) Для преобразования постоянного тока в переменный ток и наоборот в обмотке возбуждения

10. При включении ГПТ на параллельную работу с сетью необходимо, чтобы

а) генератор был нагружен на 50% б) генератор был под нагрузкой в) генератор был без нагрузки г) не имеет, значения нагружен он или нет

11. КПД ДВП составляет 80%, нагрузка двигателя 3,2 кВт, при этом двигатель потребляет из сети

а) 4 кВт б) 2,56 кВт в) 0,25кВт г) 25 кВт

12. Характеристика холостого хода генератора постоянного тока параллельного возбуждения - это зависимость

а) Ео от I возб б) не снимается в) Iвозб от Iнarp г) U от I нагр

13. Регулировочная характеристика генератора постоянного тока смешанного возбуждения - это зависимость

а) Е от I возб б) не снимается в) Iвозб от Iнarp г) U от I нагр

14. Номинальный ток двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением Iном = 80 А. Чему равен ток обмотки возбуждения?

a) 100 А б) 50 А в) 25 А. г) 80А

15. Что происходит в двигателе постоянного тока при нагрузке?

а) Индуктируется ЭДС б) Возникает электромагнитная сила. в) Электрическая энергия преобразуется в механическую г) Механическая энергия преобразуется в электрическую

16. Условиями самовозбуждения ГПТ параллельного возбуждения являются

а) наличие поля остаточной намагниченности и совпадение с ним по направлению магнитного поля обмотки возбуждения б) сопротивление ОВ меньше критического и есть поле остаточной намагниченности в) наличие поля остаточной намагниченности и совпадение с ним по направлению магнитного поля обмотки возбуждения, при этом сопротивление ОВ меньше критического г) выполнение хотя бы одного из перечисленных условий

17. Что происходит в якоре генератора постоянного тока при нагрузке?

а) Индуктируется ЭДС б) Механическая энергия преобразуется в электрическую

в) Электрическая энергия преобразуется в механическую г) Возникает электромагнитная сила.

18. Мощность, потребляемая двигателем постоянного тока из сети P1 = 5 кВт, мощность нагрузки Р2 = 4,5 кВт. Определить КПД двигателя в %

a) 80% б) 75% в) 85% г) 90%

19. Якорь имеет 20 элементарных пазов. Обмотка якоря двухслойная. Определите а) число секций в обмотке б) число коллекторных пластин

а) а =20, б=10 б) а=20, б=20 в) а=10, б=20 г) а=10, б=10

20. Что произойдет с ЭДС генератора параллельного возбуждения при обрыве цепи возбуждения?

a) ЭДС снизится до Еост б) ЭДС не изменится в) ЭДС увеличится г) ЭДС станет равной нулю.

ВАРИАНТ 3

1. Что произойдет с ЭДС генератора параллельного возбуждения при обрыве цепи возбуждения?

a) ЭДС снизится до Еост б) ЭДС не изменится в) ЭДС увеличится г) ЭДС станет равной нулю.

2. При постоянном напряжении питания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения магнитный поток возбуждения уменьшился. Как изменилась частота вращения?

a) Уменьшилась. б) Не изменилась в) Увеличилась г) Периодически изменяется

3. Якорь имеет 20 элементарных пазов. Обмотка якоря двухслойная. Определите а) число секций в обмотке б) число коллекторных пластин

а) а =20, б=10 б) а=20, б=20 в) а=10, б=20 г) а=10, б=10

4. Что происходит в двигателе постоянного тока при нагрузке?

а) Индуктируется ЭДС б) Возникает электромагнитная сила. в) Электрическая энергия преобразуется в механическую г) Механическая энергия преобразуется в электрическую

5. Характер поперечной реакции якоря зависит

а) от нагрузки машины б) от места установки щеток в) от состояния магнитной системы машины и места установки щеток г) от состояния магнитной системы машины

6. Сердечник якоря машины постоянного тока набирают из листов электротехнической стали, изолированных между собой

a) Для уменьшения потерь мощности от вихревых токов б) Из конструктивных соображений в) Для уменьшения магнитного сопротивления потоку возбуждения. г) Для снижения радиопомех

7. Номинальный ток двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением Iном = 80 А. Чему равен ток обмотки возбуждения?

a) 100 А б) 50 А в) 25 А. г) 80А

8. Генератор постоянного тока смешанного возбуждения это генератор, имеющий:

a) Параллельную обмотку возбуждения б) Параллельную и последовательную обмотки возбуждения в) Последовательную обмотку возбуждения г) Имеющий специальные обмотки возбуждения.

9. Условиями самовозбуждения ГПТ параллельного возбуждения являются

а) наличие поля остаточной намагниченности и совпадение с ним по направлению магнитного поля обмотки возбуждения б) сопротивление ОВ меньше критического и есть поле остаточной намагниченности в) наличие поля остаточной намагниченности и совпадение с ним по направлению магнитного поля обмотки возбуждения, при этом сопротивление ОВ меньше критического г) выполнение хотя бы одного из перечисленных условий

10. На практике не применяют генератор постоянного тока последовательного возбуждения потому, что

a) Напряжение на зажимах генератора практически не изменяется при изменении нагрузки б) ЭДС уменьшается при увеличении нагрузки в) Напряжение на зажимах генератора резко изменяется при изменении нагрузки г) ЭДС генератора практически не изменяется.

11. Как уменьшить искрение щеток в коллекторных машинах постоянного тока?

а) Сдвигом щеток и физической нейтрали с геометрической нейтрали. б) сдвигом щеток с геометрической нейтрали в) Постановкой дополнительных щеток г) сдвигом физической нейтрали с геометрической

12. КПД ДВП составляет 80%, нагрузка двигателя 3,2 кВт, при этом двигатель потребляет из сети

а) 4 кВт б) 2,56 кВт в) 0,25кВт г) 25 кВт

13. Для чего служит коллекторно-щеточный узел в генераторе постоянного тока?

а) Для электрического соединения обмотки возбуждения с сетью б) Для электрического соединения якорной обмотки с сетью в) ) Для преобразования переменного тока в постоянный и наоборот в обмотке якоря г) Для преобразования постоянного тока в переменный ток и наоборот в обмотке возбуждения

14. Реакция якоря – это

а) воздействие магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря б) воздействие магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря или воздействие магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения в) отсутствие воздействия магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря или воздействия магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения

г) воздействие магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения

15. При включении ГПТ на параллельную работу с сетью необходимо, чтобы

а) генератор был нагружен на 50% б) генератор был под полной нагрузкой в) генератор был без нагрузки г) не имеет, значения нагружен он или нет

16. Характеристика холостого хода генератора постоянного тока параллельного возбуждения - это зависимость

а) Ео от I возб б) не снимается в) Iвозб от Iнarp г) U от I нагр

17. Что происходит в якоре генератора постоянного тока при нагрузке?

а) Индуктируется ЭДС б) Механическая энергия преобразуется в электрическую

в) Электрическая энергия преобразуется в механическую г) Возникает электромагнитная сила.

18. Мощность, потребляемая двигателем постоянного тока из сети P1 = 5 кВт, мощность нагрузки Р2 = 4,5 кВт. Определить КПД двигателя в %

a) 80% б) 75% в) 85% г) 90%

19. Какая ЭДС индуцируется в витках обмотки якоря генератора постоянного тока

а) постоянная по направлению и переменная по значению б) постоянная по значению и направлению в) переменная по направлению и по значению г) постоянная по значению и переменная по направлению

20. Регулировочная характеристика генератора постоянного тока смешанного возбуждения - это зависимость

а) Е от I возб б) не снимается в) Iвозб от Iнarp г) U от I нагр

ВАРИАНТ 4

1. Как уменьшить искрение щеток в коллекторных машинах постоянного тока?

а) Сдвигом щеток и физической нейтрали с геометрической нейтрали. б) сдвигом щеток с геометрической нейтрали в) Постановкой дополнительных щеток г) сдвигом физической нейтрали с геометрической

2. Для чего служит коллекторно-щеточный узел в генераторе постоянного тока?

а) Для электрического соединения обмотки возбуждения с сетью б) Для электрического соединения якорной обмотки с сетью в) ) Для преобразования переменного тока в постоянный и наоборот в обмотке якоря г) Для преобразования постоянного тока в переменный ток и наоборот в обмотке возбуждения

3. При постоянном напряжении питания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения магнитный поток возбуждения уменьшился. Как изменилась частота вращения?

a) Уменьшилась. б) Не изменилась в) Увеличилась г) Периодически изменяется

4. Якорь имеет 20 элементарных пазов. Обмотка якоря двухслойная. Определите а) число секций в обмотке б) число коллекторных пластин

а) а =20, б=10 б) а=10, б=10 в) а=10, б=20 г) а=20, б=20

5. Что произойдет с ЭДС генератора параллельного возбуждения при обрыве цепи возбуждения?

a) ЭДС не изменится б) ЭДС снизится до Еост в) ЭДС увеличится г) ЭДС станет равной нулю

6. Что происходит в двигателе постоянного тока при нагрузке?

а) Индуктируется ЭДС б) Возникает электромагнитная сила. в) Механическая энергия преобразуется в электрическую г) Электрическая энергия преобразуется в механическую

7. Характер поперечной реакции якоря зависит

а) от нагрузки машины б) от состояния магнитной системы машины в) от состояния магнитной системы машины и места установки щеток г) от места установки щеток

8. Номинальный ток двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением Iном = 80 А. Чему равен ток обмотки возбуждения?

a) 80 А б) 100 А в) 25 А. г) 50А

9. Условиями самовозбуждения ГПТ параллельного возбуждения являются

а) наличие поля остаточной намагниченности и совпадение с ним по направлению магнитного поля обмотки возбуждения, при этом сопротивление ОВ меньше критического б) сопротивление ОВ меньше критического и есть поле остаточной намагниченности в) наличие поля остаточной намагниченности и совпадение с ним по направлению магнитного поля обмотки возбуждения г) выполнение хотя бы одного из перечисленных условий

10. На практике не применяют генератор постоянного тока последовательного возбуждения потому, что

a) Напряжение на зажимах генератора практически не изменяется при изменении нагрузки б) ЭДС уменьшается при увеличении нагрузки в) ЭДС генератора практически не изменяется. г) Напряжение на зажимах генератора резко изменяется при изменении нагрузки

11. Реакция якоря – это

а) воздействие магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря б) воздействие магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения в) отсутствие воздействия магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря или воздействия магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения г) воздействие магнитного поля обмотки возбуждения на магнитное поле обмотки якоря или воздействие магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле обмотки возбуждения

12. Генератор постоянного тока смешанного возбуждения это генератор, имеющий:

a) Параллельную обмотку возбуждения б) Параллельную и последовательную обмотки возбуждения в) Последовательную обмотку возбуждения г) Имеющий специальные обмотки возбуждения.

13. КПД ДВП составляет 80%, нагрузка двигателя 3,2 кВт, при этом двигатель потребляет из сети

а) 25 кВт б) 2,56 кВт в) 0,25кВт г) 4 кВт

14. Сердечник якоря машины постоянного тока набирают из листов электротехнической стали, изолированных между собой

a) Для уменьшения магнитного сопротивления потоку возбуждения. б) Из конструктивных соображений в) Для уменьшения потерь мощности от вихревых токов г) Для снижения радиопомех

15. Внешняя характеристика генератора постоянного тока параллельного возбуждения - это зависимость

а) Ео от I возб б) не снимается в) Iвозб от Iнarp г) U от I нагр

16. Мощность, потребляемая двигателем постоянного тока из сети P1 = 5 кВт, мощность нагрузки Р2 = 4,5 кВт. Определить КПД двигателя в %

a) 80% б) 75% в) 90% г) 85%

17. Какая ЭДС индуцируется в витках обмотки якоря генератора постоянного тока

а) постоянная по направлению и переменная по значению б) постоянная по значению и направлению в) переменная по направлению и по значению г) постоянная по значению и переменная по направлению

18. Регулировочная характеристика генератора постоянного тока последовательного возбуждения - это зависимость

а) Е от I возб б) не снимается в) Iвозб от Iнarp г) U от I нагр

19. При включении ГПТ на параллельную работу с сетью необходимо, чтобы

а) генератор был без нагрузки б) генератор был под нагрузкой в) генератор был нагружен на 50% г) не имеет, значения нагружен он или нет

20. Что происходит в якоре генератора постоянного тока при нагрузке?

а) Индуктируется ЭДС б) Механическая энергия преобразуется в электрическую в) Электрическая энергия преобразуется в механическую г) Возникает электромагнитная сила

Авиационные генераторы постоянного тока — Студопедия

Генераторы постоянного тока относятся к классу генераторов с самовозбуждением, а по схеме подсоединения обмотки возбуждения к якорю - в большинстве случаев к генераторам с параллельным возбуждением.

Генератор схематично можно представить состоящим из двух агрегатов: неподвижного статора с индуктором, на сердечниках которого смонтированы обмотки возбуждения ОВ, и вращающегося якоря Я, служащего для преобразования меха­нической энергии в электрическую.

При вращении якоря индуцируется переменная ЭДС, а для питания обмоток возбуждения требуется постоянный ток, его выпрямление осуществляется специальным щеточно-коллекторным устройством. В начальный период работы генератор самовозбуждается вследствие остаточного магнетизма в металле полюсов. Поэтому генераторы в процессе эксплуатации не должны перегреваться и подвергаться резким ударам, иначе остаточный магнетизм в полюсах может исчезнуть.

При работе генератора в режиме холостого хода, т. е. с отклю­ченной внешней сетью, ЭДС генератора зависит от частоты враще­ния якоря n его якоря и магнитного потока Ф в индукторе, который в свою очередь зависит от тока возбуждения iB:


- постоянный коэффициент

Е - ЭДС генератора; р - число пар полюсов; N - число активных проводников обмотки якоря; а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

Ф - магнитный поток возбуждения.

При работе генератора на бортовую сеть напряжение на его зажимах зависит от ЭДС, тока IН нагрузки и сопротивления RЯ якоря: U = Е - IНRЯ

При увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора постепенно снижается и может достигнуть критического значения, после чего напряжение резко падает до нуля наступает режим короткого замыкания.

Типовыми представителями генераторов постоянного тока являются генераторы серии ГСР (с расширенным диапазоном ча­стот вращения). Конструкция и электрическая схема одного из мощных гене­раторов серии ГСР представлена на рисунке.

Корпус 9 генератора состоит из двух частей: магнитопровода и щита. Магнитопровод, являющийся средней частью корпуса, выполнен из электротехнической стали и соединен со щитом спо­собом сварки. В нем смонтированы основные 3 и дополнительные 7 полюсы с катушками обмоток возбуждения 4 и 6, а также щеткодержатели 10. Дополнительные полюсы необходимы для устранения вредного влияния реакции якоря, которая приводит к искрению и уменьшению индуцируемой ЭДС.

Реакция якоря – действие магнитного поля якоря на поле основных полюсов машины. Реакция якоря вызывает уменьшение магнитного потока генератора и смещение физической нейтрали - линии, перпендикулярной к оси магнитного поля.

Устройство и электрическая схема генератора серии ГСР:


1 — патрубок; 2 — коллектор; 3 — основной полюс; 4 — катушка обмотки возбуждения основного полюса; 5 — упругий валик; 6 — катушка обмотки возбуждения дополнитель­ного полюса; 7 — дополнительный полюс; 8 — якорь; 9 — корпус; 10 — щеткодер­жатели; 7 полюсы с катушками обмоток возбуждения 4 и 6, а также щетко­держатели 10.

Якорь 8, коллектор 2 и вентилятор смонтированы на общем валу, опорами которого являются два подшипника.

Генерируемый ток с коллектора отводится меднографитовыми щетками. Они устанавливаются в щеткодержа­телях и прижимаются к коллектору пружинами. Генератор в полете охлаждаемся продувом воз­духа через его внутренние полости. Воздух нагнетается вентиля­тором через патрубок 1 и, омывая щеточно-коллекторный узел, якорь, полюсы и обмотки, выходит через окна в щите корпуса.

На воздушных судах применяются генераторы постоянного тока следующих типов: ГС, ГСК, ГСН, ГСР и ВГ.

Основным недостатком генераторов постоянного тока является недостаточно надежный контакт между токосъемными щетками и коллектором якоря, что особенно ярко проявляется при полетах на больших высотах и вызывает интенсивное искрение и сопутст­вующие помехи работе установленного на самолете электронного оборудования.


Комплекс аппаратуры генератора постоянного тока имеет регулятор напряжения, дифференциально-минимальное реле, автомат защиты от перенапряжения типа АЗП и регулировочные резисторы.

Уравнение ЭДС генератора постоянного тока - вывод для двигателя и генератора

При вращении якоря в его катушках генерируется напряжение. В случае генератора ЭДС вращения называется ЭДС Генерируемая ЭДС или ЭДС Якоря и обозначается как Er = Eg. В случае двигателя ЭДС вращения известна как Противоэдс или Противоэдс и представлена ​​как Er = Eb.

Выражение для ЭДС одинаково для обеих операций, т.е.е., как для генератора, так и для двигателя.

Вывод уравнения ЭДС машины постоянного тока - генератора и двигателя

Лет,

  • P - количество полюсов станка
  • ϕ - Поток на полюс по Веберу.
  • Z - Общее количество жил якоря.
  • N - Скорость вращения якоря в минуту (об / мин).
  • A - количество параллельных ходов в обмотке якоря.

За один оборот якоря поток, отсекаемый одним проводником, определяется как:

Время, затрачиваемое на один оборот, определяется как:

Следовательно, среднее индуцированное e.м.с в одном проводнике составит:

Подставляя значение (t) из уравнения (2) в уравнение (3), мы получаем

Количество проводников, включенных последовательно на каждом параллельном пути = Z / A.

Следовательно, средняя наведенная ЭДС на каждом параллельном пути или на выводах якоря определяется уравнением, показанным ниже:

Где n - скорость в оборотах в секунду (об / с) и задается как:

Для данной машины количество полюсов и количество проводников на параллельном пути (Z / A) постоянны.Следовательно, уравнение (5) можно записать как:

Где K - константа и задается как:

Следовательно, уравнение средней наведенной ЭДС можно также записать как:

Где K 1 - другая постоянная и, следовательно, уравнение наведенной ЭДС может быть записано как:

Где ω - угловая скорость в радианах в секунду и представлена ​​как:

Таким образом, очевидно, что наведенная ЭДС прямо пропорциональна скорости и потоку на полюс.Полярность наведенной ЭДС зависит от направления магнитного поля и направления вращения. Если один из двух поменять местами, полярность изменится, но если два поменять местами, полярность останется неизменной.

Эта наведенная ЭДС является фундаментальным явлением для всех машин постоянного тока, независимо от того, работают ли они в качестве генератора или двигателя.

Если машина постоянного тока работает как генератор, наведенная ЭДС определяется уравнением, показанным ниже:

Где E g - это сгенерированный Emf

Если машина постоянного тока работает как двигатель, наведенная ЭДС определяется уравнением, показанным ниже:

В двигателе индуцированная ЭДС называется Обратной ЭДС (E b ) , потому что она действует противоположно напряжению питания.

Уравнение ЭДС и уравнение крутящего момента машины постоянного тока

Уравнение ЭДС генератора постоянного тока

Рассмотрим генератор постоянного тока со следующими параметрами,

P = количество полюсов поля
Ø = поток, создаваемый на полюс в Wb (Вебер)
Z = общее количество проводов якоря
A = шт. параллельных ходов в якоре
N = частота вращения якоря в оборотах в минуту. (об / мин)

Теперь,

  • Средняя ЭДС, генерируемая на проводник, выражается как dΦ / dt (Вольт)... экв. 1
  • Флюс, отсекаемый одним проводником за один оборот = dΦ = PΦ…. (Weber),
  • Число оборотов в секунду (скорость в об / с) = N / 60
  • Следовательно, время на один оборот = dt = 60 / N (секунды)
  • Из ур. 1, ЭДС, генерируемая на проводник = dΦ / dt = PΦN / 60 (Вольт)… .. (уравнение 2)
Вышеупомянутое уравнение-2 дает ЭДС, генерируемую в одном проводе генератора. Проводники соединены последовательно на параллельном пути, и ЭДС на клеммах генератора равна генерируемой ЭДС на любом параллельном пути.

Следовательно, Eg = PΦNZ / 60A

Для односторонней намотки внахлест количество параллельных путей равно количеству полюсов (т. Е. A = P),
Следовательно, для генератора постоянного тока симплексной намотки внахлест Eg = PΦNZ / 60P

Для обмотки симплексной волны количество параллельных путей равно 2 (т. Е. P = 2),
Следовательно, для генератора постоянного тока с односторонней обмоткой Eg = PΦNZ / 120

Уравнение крутящего момента двигателя постоянного тока

Когда по проводникам якоря двигателя постоянного тока протекает ток в присутствии магнитного поля статора, между якорем и статором возникает механический крутящий момент.Крутящий момент определяется произведением силы на радиус действия этой силы.
  • Крутящий момент T = F × r (Н-м)… где F = сила и r = радиус якоря
  • Работа, совершаемая этой силой за один оборот = Сила × расстояние = F × 2πr (где 2πr = окружность якоря)
  • Чистая мощность, развиваемая в якоре = слово сделано / время
    = (сила × окружность × количество оборотов) / время
    = (F × 2πr × N) / 60 (Джоулей в секунду) .... ур. 2.1
Но F × r = T и 2πN / 60 = угловая скорость ω в радианах в секунду. Помещая их в приведенное выше уравнение 2.1
Полезная мощность, развиваемая в якоре = P = T × ω (Джоулей в секунду)
Крутящий момент якоря (Ta)
  • Мощность, развиваемая в якоре, может быть задана как, Па = Ta × ω = Ta × 2πN / 60
  • Механическая мощность, развиваемая в якоре, преобразуется из электрической энергии,
    Следовательно, механическая мощность = электрическая мощность
    Это означает, что Ta × 2πN / 60 = Eb.Ia
  • Мы знаем, Eb = PΦNZ / 60A
  • Следовательно, Ta × 2πN / 60 = (PΦNZ / 60A) × Ia
  • Преобразуя приведенное выше уравнение,
    Ta = (PZ / 2πA) × Φ.Ia (Н-м)
Член (PZ / 2πA) практически постоянен для машины постоянного тока. Таким образом, крутящий момент якоря прямо пропорционален произведению магнитного потока и тока якоря, то есть Ta ∝ Φ.Ia
Крутящий момент на валу (ТШ)
Из-за потерь в стали и трения в машине постоянного тока общий развиваемый крутящий момент якоря на валу машины недоступен.Некоторый крутящий момент теряется, и поэтому крутящий момент на валу всегда меньше крутящего момента якоря.

Крутящий момент на валу двигателя постоянного тока определяется как
Tsh = мощность в ваттах / (2πN / 60) .... (где N - скорость в об / мин)

Электрогенераторы | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте ЭДС, наведенную в генераторе.
  • Рассчитайте пиковую ЭДС, которая может быть наведена в конкретной системе генератора.
Электрические генераторы индуцируют ЭДС, вращая катушку в магнитном поле, как кратко обсуждается в разделе «Индуцированная ЭДС и магнитный поток». Теперь мы рассмотрим генераторы более подробно. Рассмотрим следующий пример.

Пример 1. Расчет ЭДС, индуцированной в катушке генератора

Катушка генератора, показанная на рисунке 1, поворачивается на одну четверть оборота (от θ = 0º до θ = 90º) за 15,0 мс. Круглая катушка на 200 витков имеет 5.00 см и находится в однородном магнитном поле 1,25 Тл. Какая средняя наведенная ЭДС?

Рис. 1. Когда катушка генератора вращается на одну четверть оборота, магнитный поток Φ изменяется от максимального до нуля, вызывая ЭДС.

Стратегия

Мы используем закон индукции Фарадея, чтобы найти среднюю ЭДС, индуцированную за время Δ t :

[латекс] \ text {emf} = - N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex].

Мы знаем, что N = 200 и Δ t = 15.0 мс, поэтому мы должны определить изменение магнитного потока Δ Φ , чтобы найти ЭДС.

Решение

Поскольку площадь петли и напряженность магнитного поля постоянны, мы видим, что

[латекс] \ Delta \ Phi = \ Delta \ left (BA \ cos \ theta \ right) = AB \ Delta \ left (\ cos \ theta \ right) \\ [/ latex].

Теперь Δ (cos θ ) = -1,0, поскольку было дано, что θ изменяется от 0º до 90º. Таким образом, Δ Φ = - AB , а

[латекс] \ text {emf} = N \ frac {AB} {\ Delta t} \\ [/ latex].{-3} \ text {s}} = 131 \ text {V} \\ [/ latex].

Обсуждение

Это практическое среднее значение, аналогичное 120 В, используемому в бытовой электросети.

ЭДС, рассчитанная в Примере 1 выше, является средним значением за одну четверть оборота. Какова ЭДС в любой момент времени? Он меняется в зависимости от угла между магнитным полем и перпендикуляром к катушке. Мы можем получить выражение для ЭДС как функции времени, рассматривая ЭДС движения на вращающейся прямоугольной катушке шириной × и высотой × в однородном магнитном поле, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Генератор с одной прямоугольной катушкой, вращающейся с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле, создает ЭДС, синусоидально изменяющуюся во времени. Обратите внимание, что генератор похож на двигатель, за исключением того, что вал вращается для выработки тока, а не наоборот.

На заряды в проводах петли действует магнитная сила, потому что они движутся в магнитном поле. Заряды в вертикальных проводах испытывают силы, параллельные проводу, вызывая токи.Но те, кто находится в верхнем и нижнем сегментах, ощущают силу, перпендикулярную проводу, которая не вызывает тока. Таким образом, мы можем найти наведенную ЭДС, рассматривая только боковые провода. Движущаяся ЭДС дается равной ЭДС = Bℓv , где скорость v перпендикулярна магнитному полю B . Здесь скорость находится под углом θ с B , так что ее составляющая, перпендикулярная B , равна v sin θ (см. Рисунок 2).Таким образом, в этом случае ЭДС, индуцированная с каждой стороны, составляет ЭДС = Bℓv sin θ , и они имеют одинаковое направление. Суммарная ЭДС вокруг контура тогда составляет

[латекс] \ text {emf} = 2 {B \ ell v} \ sin \ theta \\ [/ latex].

Это выражение допустимо, но оно не дает ЭДС как функцию времени. Чтобы найти зависимость ЭДС от времени, предположим, что катушка вращается с постоянной угловой скоростью ω . Угол θ связан с угловой скоростью соотношением θ = ωt , так что

[латекс] \ text {emf} = 2 {B \ ell v} \ sin \ omega t \\ [/ latex].

Теперь линейная скорость v связана с угловой скоростью ω как v = . Здесь r = w /2, так что v = ( w /2) ω и

[латекс] \ text {emf} = 2 B \ ell \ frac {w} {2} \ omega \ sin \ omega t = \ left (\ ell w \ right) B \ omega \ sin \ omega t \\ [ /латекс].

Заметив, что площадь петли составляет A = w , и учитывая N петель, мы находим, что

[латекс] \ text {emf} = NAB \ omega \ sin \ omega t \\ [/ latex]

- это ЭДС , индуцированная в катушке генератора из N, витков и области A, , вращающейся с постоянной угловой скоростью ω в однородном магнитном поле B .Это также можно выразить как

[латекс] \ text {emf} = {\ text {emf}} _ {0} \ sin \ omega t \\ [/ latex],

где

[латекс] {\ text {emf}} _ {0} = NAB \ omega \\ [/ latex]

- это максимальная ЭДС (пиковая) . Обратите внимание, что частота колебаний составляет f = ω / 2π , а период составляет T = 1/ f = 2π / ω . На рисунке 3 показан график зависимости ЭДС от времени, и теперь кажется разумным, что напряжение переменного тока является синусоидальным.

Рис. 3. ЭДС генератора направляется на лампочку с показанной системой колец и щеток. График показывает зависимость ЭДС генератора от времени. emf0 - пиковая ЭДС. Период равен T = 1/ f = 2π / ω, где f - частота. Обратите внимание, что сценарий E означает emf.

Тот факт, что пиковая ЭДС, ЭДС 0 = NABω , имеет смысл. Чем больше катушек, тем больше их площадь и чем сильнее поле, тем больше выходное напряжение.Интересно, что чем быстрее раскручивается генератор (больше ω ), тем больше ЭДС. Это заметно на велосипедных генераторах - по крайней мере, на более дешевых моделях. Один из авторов, будучи подростком, находил забавным ездить на велосипеде достаточно быстро, чтобы погасить его свет, пока ему не пришлось ехать домой без света одной темной ночью. На рис. 4 показана схема, по которой генератор может вырабатывать импульсный постоянный ток. Более сложные конструкции из нескольких катушек и разрезных колец могут обеспечить более плавный постоянный ток, хотя для создания постоянного тока без пульсаций обычно используются электронные, а не механические средства.

Рис. 4. Разделенные кольца, называемые коммутаторами, в этой конфигурации создают импульсный выходной сигнал ЭДС постоянного тока.

Пример 2. Расчет максимальной ЭДС генератора

Рассчитайте максимальную ЭДС, ЭДС 0 генератора, который был предметом примера 1.

Стратегия

После определения угловой скорости ω , ЭДС 0 = NABω может использоваться для нахождения ЭДС 0 . Все остальные количества известны.

Решение

Угловая скорость определяется как изменение угла в единицу времени:

[латекс] \ omega = \ frac {\ Delta \ theta} {\ Delta t} \\ [/ latex].

Одна четвертая оборота равна π / 2 радиан, а время 0,0150 с; таким образом,

[латекс] \ begin {array} {lll} \ omega & = & \ frac {\ pi / 2 \ text {rad}} {0.0150 \ text {s}} \\ & = & 104.7 \ text {rad / s } \ end {array} \\ [/ latex].

104,7 рад / с - это ровно 1000 об / мин. Подставляем это значение вместо ω и информацию из предыдущего примера в ЭДС 0 = NABω , что дает

[латекс] \ begin {array} {lll} {\ text {emf}} _ {0} & = & NAB \ omega \\ & = & 200 \ left (7.{2} \ right) \ left (1.25 \ text {T} \ right) \ left (104.7 \ text {rad / s} \ right) \\ & = & 206 \ text {V} \ end {array} \\ [/латекс].

Обсуждение

Максимальная ЭДС больше, чем средняя ЭДС 131 В, найденная в предыдущем примере, как и должно быть.

В реальной жизни электрические генераторы сильно отличаются от рисунков в этом разделе, но принципы те же. Источником механической энергии, вращающей катушку, может быть падающая вода (гидроэнергия), пар, образующийся при сжигании ископаемого топлива, или кинетическая энергия ветра.На фиг.5 - паровая турбина в разрезе; пар движется по лопастям, соединенным с валом, который вращает катушку внутри генератора.

Рисунок 5. Паровая турбина / генератор. Пар, образующийся при сжигании угля, ударяет по лопаткам турбины, вращая вал, соединенный с генератором. (Источник: Nabonaco, Wikimedia Commons)

Генераторы, показанные в этом разделе, очень похожи на двигатели, показанные ранее. Это не случайно. Фактически, двигатель становится генератором, когда его вал вращается.В некоторых ранних автомобилях стартер использовался в качестве генератора. В Back Emf мы подробнее рассмотрим действие двигателя как генератора.

Краткое содержание раздела

  • Электрический генератор вращает катушку в магнитном поле, вызывая ЭДС, задаваемую как функцию времени

    [латекс] \ text {emf} = 2 {B \ ell v} \ sin \ omega t \\ [/ latex],

    , где A - площадь витка N -витка, вращающегося с постоянной угловой скоростью ω в однородном магнитном поле B .

  • Пиковая ЭДС ЭДС 0 генератора составляет

    ЭДС 0 = NABω

Концептуальные вопросы

  1. Используя RHR-1, покажите, что ЭДС на сторонах контура генератора на Рисунке 4 имеют одинаковое значение и, таким образом, складываются.
  2. Источником выработки электрической энергии генератора является работа по вращению его катушек. Как работа, необходимая для включения генератора, связана с законом Ленца?

Задачи и упражнения

1.Вычислите пиковое напряжение генератора, который вращает свою 200-витковую катушку диаметром 0,100 м со скоростью 3600 об / мин в поле 0,800 Тл.

2. При какой угловой скорости в об / мин пиковое напряжение генератора будет 480 В, если его 500-витковая катушка диаметром 8,00 см вращается в поле 0,250 Тл?

3. Какова пиковая ЭДС, генерируемая при вращении катушки с 1000 витками диаметром 20,0 см в магнитном поле Земли 5,00 × 10 −5 Тл, учитывая, что плоскость катушки изначально перпендикулярна полю Земли и вращается быть параллельно полю в 10.0 мс?

4. Какова пиковая ЭДС, генерируемая радиусом 0,250 м, катушка с 500 витками вращается на одну четверть оборота за 4,17 мс, первоначально ее плоскость перпендикулярна однородному магнитному полю. (Это 60 об / с.)

5. (a) Велогенератор вращается со скоростью 1875 рад / с, создавая пиковую ЭДС 18,0 В. Он имеет прямоугольную катушку размером 1,00 на 3,00 см в поле 0,640 Тл. Сколько витков в катушке? (b) Практично ли такое количество витков провода для катушки 1,00 на 3,00 см?

6. Integrated Concepts Эта проблема относится к велосипедному генератору, рассмотренному в предыдущей задаче. Он приводится в движение колесом диаметром 1,60 см, которое катится по внешнему ободу велосипедной шины. а) Какова скорость велосипеда, если угловая скорость генератора составляет 1875 рад / с? (b) Какова максимальная ЭДС генератора, когда велосипед движется со скоростью 10,0 м / с, учитывая, что в исходных условиях она составляла 18,0 В? (c) Если сложный генератор может изменять собственное магнитное поле, какая напряженность поля ему потребуется при 5.00 м / с для создания максимальной ЭДС 9,00 В?

7. (a) Автомобильный генератор вращается со скоростью 400 об / мин при работе двигателя на холостом ходу. Его прямоугольная катушка с 300 витками, 5,00 на 8,00 см вращается в регулируемом магнитном поле, так что она может производить достаточное напряжение даже при низких оборотах в минуту. Какая напряженность поля необходима для создания пиковой ЭДС 24,0 В? (b) Обсудите, как эта требуемая напряженность поля сравнивается с имеющейся у постоянных магнитов и электромагнитов.

8. Покажите, что если катушка вращается с угловой скоростью ω , период ее выхода переменного тока равен 2π / ω .

9. Катушка с 75 витками диаметром 10,0 см вращается с угловой скоростью 8,00 рад / с в поле 1,25 Тл, начиная с плоскости катушки, параллельной полю. а) Какова пиковая ЭДС? (б) В какое время впервые достигается пиковая ЭДС? (c) В какое время ЭДС становится наиболее отрицательной? (d) Каков период выходного напряжения переменного тока?

10. (a) Если ЭДС катушки, вращающейся в магнитном поле, равна нулю при t = 0 и увеличивается до своего первого пика при t = 0.100 мс, какова угловая скорость катушки? б) В какое время наступит его следующий максимум? (c) Каков период вывода? (d) Когда выход составляет первую четверть от максимума? (e) Когда это следующая четверть от максимума?

11. Необоснованные результаты Катушка на 500 витков с площадью 0,250 м 2 вращается в поле Земли 5,00 × 10 −5 Тл, создавая максимальную ЭДС 12,0 кВ. (а) С какой угловой скоростью нужно вращать катушку? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

Глоссарий

электрогенератор:
устройство для преобразования механической работы в электрическую энергию; он индуцирует ЭДС, вращая катушку в магнитном поле
ЭДС, индуцированная в катушке генератора:
эдс = NAB ω sin ωt , где A - площадь витка N -витка, вращающегося с постоянной угловой скоростью ω в однородном магнитном поле B , за период времени т
пиковая ЭДС:
ЭДС 0 = NABω

Избранные решения проблем и упражнения

1.474 В

3. 0,247 В

5. (a) 50 (b) да

7. (a) 0,477 Тл (b) Эта напряженность поля достаточно мала, чтобы ее можно было получить с помощью постоянного магнита или электромагнита.

9. (а) 5,89 В (б) При t = 0 (в) 0,393 с (г) 0,785 с

11. (a) 1,92 × 10 6 рад / с (b) Эта угловая скорость неоправданно высока, выше, чем может быть получена для любой механической системы. (c) Предположение, что может быть получено напряжение до 12,0 кВ, является необоснованным.

Back Emf | Физика

Цель обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, что такое обратная ЭДС и как она индуцируется.

Было отмечено, что двигатели и генераторы очень похожи. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Кроме того, двигатели и генераторы имеют одинаковую конструкцию.Когда катушка двигателя поворачивается, магнитный поток изменяется, и индуцируется ЭДС (в соответствии с законом индукции Фарадея). Таким образом, двигатель действует как генератор всякий раз, когда его катушка вращается. Это произойдет независимо от того, поворачивается ли вал под действием внешнего источника, например ременной передачи, или под действием самого двигателя. То есть, когда двигатель выполняет работу и его вал вращается, возникает ЭДС. Закон Ленца говорит нам, что ЭДС противодействует любому изменению, поэтому входной ЭДС, приводящей в действие двигатель, будет противодействовать самогенерируемая ЭДС двигателя, называемая обратной ЭДС двигателя.(См. Рисунок 1.)

Рис. 1. Катушка двигателя постоянного тока представлена ​​на этой схеме как резистор. Обратная ЭДС представлена ​​как переменная ЭДС, противоположная той, которая приводит в движение двигатель. Обратная ЭДС равна нулю, когда двигатель не вращается, и увеличивается пропорционально угловой скорости двигателя.

Обратная ЭДС - это выходная мощность генератора двигателя, поэтому она пропорциональна угловой скорости двигателя ω . Он равен нулю при первом включении двигателя, что означает, что катушка получает полное управляющее напряжение, а двигатель потребляет максимальный ток, когда он включен, но не вращается.По мере того, как двигатель вращается все быстрее и быстрее, обратная ЭДС растет, всегда противодействуя управляющей ЭДС, и снижает напряжение на катушке и величину потребляемого тока. Этот эффект заметен в ряде ситуаций. Когда пылесос, холодильник или стиральная машина включается в первый раз, свет в той же цепи на короткое время тускнеет из-за падения IR в питающих линиях из-за большого тока, потребляемого двигателем. Когда двигатель запускается впервые, он потребляет больше тока, чем при нормальной рабочей скорости.Когда на двигатель оказывается механическая нагрузка, например, электрическая инвалидная коляска, поднимающаяся в гору, двигатель замедляется, обратная ЭДС падает, течет больше тока и можно выполнять больше работы. Если двигатель работает на слишком низкой скорости, больший ток может его перегреть (из-за резистивной мощности в катушке, P = I 2 R ), возможно, даже сгореть. С другой стороны, если на двигатель нет механической нагрузки, он будет увеличивать свою угловую скорость ω до тех пор, пока обратная ЭДС не станет почти равной управляющей ЭДС.Тогда двигатель использует достаточно энергии только для преодоления трения.

Рассмотрим, например, катушки двигателя, представленные на рисунке 1. Катушки имеют эквивалентное сопротивление 0,400 Ом и приводятся в действие ЭДС 48,0 В. Вскоре после включения они потребляют ток I = В / R = (48,0 В) / (0,400 Ом) = 120 А и, таким образом, рассеивают P = I 2 R = 5,76 кВт энергии как теплопередача. Предположим, что при нормальных условиях эксплуатации этого двигателя обратная ЭДС равна 40.0 В. Тогда при рабочей скорости полное напряжение на катушках составляет 8,0 В (48,0 В минус обратная ЭДС 40,0 В), а потребляемый ток составляет I = В / R = (8,0 В) / (0,400 Ω) = 20 A. Тогда при нормальной нагрузке рассеиваемая мощность составит P = IV = (20 A) / (8,0 В) = 160 Вт. Последнее не вызовет проблем для этого двигателя, тогда как прежние 5,76 кВт сожгли бы катушки, если бы продолжали работать.

Краткое содержание раздела

  • Любая вращающаяся катушка будет иметь наведенную ЭДС - в двигателях это называется обратной ЭДС, поскольку она противодействует входной ЭДС в двигатель.

Концептуальные вопросы

1. Предположим, вы обнаружили, что ременная передача, соединяющая мощный двигатель с кондиционером, сломана и двигатель вращается свободно. Стоит ли беспокоиться о том, что двигатель потребляет много энергии бесполезно? Объясните, почему да или почему нет.

Задачи и упражнения

1. Предположим, что двигатель, подключенный к источнику 120 В, потребляет 10,0 А при первом запуске. а) Каково его сопротивление? (b) Какой ток он потребляет при нормальной рабочей скорости, когда у него возникает обратная ЭДС 100 В?

2.Двигатель, работающий от электричества 240 В, имеет обратную ЭДС 180 В на рабочей скорости и потребляет ток 12,0 А. а) Каково его сопротивление? б) Какой ток он потребляет при первом запуске?

3. Какова обратная ЭДС у двигателя на 120 В, который потребляет 8,00 А при нормальной скорости и 20,0 А при первом запуске?

4. Двигатель игрушечной машинки работает от напряжения 6,00 В, развивая обратную ЭДС 4,50 В при нормальной скорости. Если он потребляет 3,00 А при нормальной скорости, какой ток он потребляет при запуске?

5. Integrated Concepts Двигатель игрушечной машины питается от четырех последовательно соединенных батарей, которые производят полную ЭДС 6,00 В. Двигатель потребляет 3,00 А и развивает обратную ЭДС 4,50 В при нормальной скорости. Каждая батарея имеет внутреннее сопротивление 0,100 Ом. Какое сопротивление мотора?

Глоссарий

обратная ЭДС:
ЭДС, генерируемая работающим двигателем, поскольку она состоит из катушки, вращающейся в магнитном поле; он противостоит напряжению, питающему двигатель

Упражнения

1.(а) 12,00 Ом (б) 1,67 А

3. 72.0 В

5. 0,100 Ом

Формулы и уравнения генератора постоянного тока

Формулы и уравнения для генераторов постоянного тока серии

и уравнения КПД, мощности и ЭДС

Следующие основные формулы и уравнения генератора постоянного тока можно использовать для проектирования, упрощения и анализа основных схем генератора для определения мощности и КПД. , напряжение и ток, генерируемая ЭДС, крутящий момент, потери и т. д.

Шунтирующий генератор:
Напряжение на клеммах:

В = E a - I a R a

Где

Ток на клеммах:

I a = I f + I L

где I f Ток возбуждения & I L - ток нагрузки

Ток поля:

I f = V / R sh

Где

  • I f - ток поля
  • R sh - сопротивление поля шунта

Уравнение ЭДС для генератора постоянного тока:

ЭДС, генерируемая на проводник в генераторе постоянного тока, составляет:

Где

  • Z = количество проводников
  • P = количество проводов Полюса
  • N = скорость ротора в оборотах в минуту
  • A = количество параллельных путей

ЭДС, генерируемая на пути для волновой обмотки и намотки внахлест;

Итак, обобщенное уравнение для генерируемой ЭДС генератора постоянного тока:

E g = kΦω

Где

  • K = ZP / 2πA = постоянная машины постоянного тока
  • ω = 2πN / 60 = угловой скорость в рад в секунду

Связанные сообщения:

Крутящий момент генератора постоянного тока:

крутящий момент генератора прямо пропорционален току якоря и определяется по формуле:

T = k f ΦI a

Где

  • K f - постоянная, зависящая от конструкции машины
  • Φ - магнитный поток
  • ω - угловая скорость


Где N - скорость вращения в минуту ( Об / мин)

Вырабатываемая мощность и мощность нагрузки

Мощность, генерируемая шунтирующим генератором, определяется по формуле:

P g = ωT = E a I a

9 0002 P L = VI L

Где I L - ток нагрузки

Генератор серии

:
Напряжение на клеммах:

В = E a - (I a R a + I a R se )

V = E a - I a (R a + R se )

Где

  • E a - индуцированное напряжение якоря
  • I a - ток якоря
  • R a - сопротивление якоря
  • R se - последовательное сопротивление поля

Последовательный ток возбуждения равен ток якоря;

I a = I se

Индуцированное напряжение и крутящий момент якоря:

Индуцированное напряжение якоря E a пропорционально скорости и току якоря, тогда как крутящий момент T серийного генератора прямо пропорциональна квадрату тока якоря и определяется выражением:

E a = k f ΦωI a

T = k f Φ I a 2

Где

  • K f - постоянная, зависящая от конструкции машины
  • Φ - магнитный поток
  • ω - угловая скорость


Где N - скорость вращения в минуту (об / мин)

Вырабатываемая мощность & Мощность нагрузки

Мощность, генерируемая последовательным генератором, определяется по формуле:

P г = ωT = E a I a

P L = VI L

Где I L - ток нагрузки

Входная мощность :

P in = ωT

Где

  • ω - угловая скорость якоря
  • T - приложенный крутящий момент
Преобразованная мощность:

P con = P in - Параллельные потери - механические потери - потери в сердечнике

P con = E a I a

Где

  • E a - индуцированное напряжение
  • I a - ток якоря
Выходная мощность

P out = P con - Электрические потери (I 2 R)

P out = VI L

Где

  • V - напряжение на клеммах
  • I L - ток нагрузки

КПД генератора постоянного тока:

Механический КПД:

Связанные сообщения:

Электрический КПД:

Общий КПД:

Где

  • P out - полезная выходная мощность
  • P a - потери в меди якоря
  • P f - потери в меди в поле
  • P k - это постоянные потери, которые содержат потерь в сердечнике и механические потери
Максимальный КПД:

КПД генератора постоянного тока Максимальный, когда;

Переменные потери мощности = постоянные потери мощности

Потери в меди = потери в сердечнике и механические потери

Потери в меди (I 2 R), такие как потери в якорях и в полях, являются переменными потерями, потому что они зависят от тока.В то время как потери в сердечнике, такие как гистерезис и потери на вихревые токи, механические потери, такие как потери на трение, являются постоянными потерями.

Сообщения о связанных формулах и уравнениях:

Интернет-курсы PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов. "

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

"Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации."

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. "

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

"Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей компании

имя другим на работе "

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

"Справочные материалы были превосходными, а курс был очень информативным, особенно с учетом того, что я думал, что я уже знаком.

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт."

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

- лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на изучение

материал "

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

"Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

студент для ознакомления с курсом

материалов до оплаты и

получает викторину "

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

"Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие "

Mehdi Rahimi, P.E.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курсов."

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

"Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемые темы »

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь."

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

"Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какой-то неясной секции

законов, которые не применяются

до «нормальная» практика."

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы использовать свой медицинский прибор.

организация "

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

"Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн формат был очень

доступный и удобный для

использовать. Большое спасибо ".

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

"Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата."

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев "

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

"Документ" Общие ошибки ADA при проектировании объектов "очень полезен.Модель

испытание потребовало исследований в

документ но ответы были

в наличии »

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за то, что у вас есть широкий выбор.

в транспортной инженерии, которая мне нужна

для выполнения требований

Сертификат ВОМ."

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роадс, P.E.

Мэриленд

"Я многому научился с защитным заземлением. До сих пор все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой."

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

"Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать дополнительный

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

в пути "

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно »

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время искать, где

получить мои кредиты от. "

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. "

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу."

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

"Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. "

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники."

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес который

сниженная цена

на 40% "

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

"Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

коды и Нью-Мексико

правил. "

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

"Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительных

Сертификация

. "

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

"У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил - много

оценено! "

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

"CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

"Курс был по разумной цене, а материалы были краткими и

хорошо организовано. "

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

"Вопросы подходили для уроков, а материал урока -

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. "

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

"Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку."

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве - проектирование

Здание курс и

очень рекомендую ."

Денис Солано, P.E.

Флорида

"Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлен. "

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загрузить учебные материалы на номер

.

обзор везде и

всякий раз, когда."

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

из материала. Полная

и комплексное »

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

"Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

поможет по телефону

работ."

Рики Хефлин, П.Е.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

"Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Luan Mane, P.E.

Conneticut

«Мне нравится, как зарегистрироваться и читать материалы в автономном режиме, а затем

вернись, чтобы пройти викторину "

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

"Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс."

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

"Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материал для изучения, а потом вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график. "

Майкл Гладд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет."

Dennis Fundzak, P.E.

Огайо

"Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат

. Спасибо за изготовление

процесс простой. »

Fred Schaejbe, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и прошел

часовой PDH в

один час "

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

"Мне понравилась возможность скачать документы для просмотра содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал ."

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

"Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

процесс, требующий

улучшение."

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

"Мне очень нравится удобство участия в онлайн-викторине и получение сразу

Сертификат

. "

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

"Учебные модули CEDengineering - очень удобный способ доступа к информации по номеру

многие различные технические зоны за пределами

по своей специализации без

надо путешествовать."

Hector Guerrero, P.E.

Грузия

10.6 Электрогенераторы и обратная ЭДС - Введение в электричество, магнетизм и схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу этого раздела вы сможете:
  • Объясните, как работает электрогенератор
  • Определить наведенную ЭДС в петле в любой интервал времени, вращающейся с постоянной скоростью в магнитном поле.
  • Покажите, что вращающиеся катушки имеют наведенную ЭДС; в двигателях это называется обратной ЭДС, потому что она противодействует входной ЭДС в двигатель

С помощью закона Фарадея можно понять множество важных явлений и устройств.В этом разделе мы рассмотрим два из них.

Электрогенераторы

Электрические генераторы индуцируют ЭДС, вращая катушку в магнитном поле, как кратко обсуждается в Движущей ЭДС. Теперь мы исследуем генераторов более подробно. Рассмотрим следующий пример.

ПРИМЕР 10.6.1


Расчет ЭДС, наведенной в катушке генератора

Катушка генератора, показанная на рисунке 10.6.1, вращается на одну четверть оборота (от до) дюйма.Кольцевая катушка с витком имеет радиус и находится в однородном магнитном поле. Что вызвано ЭДС?

(рисунок 10.6.1)

Рисунок 10.6.1 Когда катушка генератора вращается на одну четверть оборота, магнитный поток изменяется от максимального до нуля, вызывая ЭДС.
Стратегия

Закон индукции Фарадея используется для определения индуцированной ЭДС:

Мы признаем эту ситуацию такой же, как в Примере 10.3.3. Согласно диаграмме, проекция вектора нормали к поверхности на магнитное поле является исходной, и она вставляется по определению скалярного произведения. Величина магнитного поля и площадь контура фиксируются во времени, что позволяет быстро упростить интеграцию. Индуцированная ЭДС записывается по закону Фарадея:

Решение

Нам дано, что,,, и. Площадь петли

Ввод этого значения дает

Значение

Это практическое среднее значение, аналогичное используемому в бытовой электросети.

ЭДС, рассчитанная в примере 10.6.1, является средним значением за четверть оборота. Какова ЭДС в любой момент времени? Он меняется в зависимости от угла между магнитным полем и перпендикуляром к катушке. Мы можем получить выражение для ЭДС как функции времени, рассматривая ЭДС движения на вращающейся прямоугольной катушке ширины и высоты в однородном магнитном поле, как показано на рисунке 10.6.2.

(рисунок 10.6.2)

Рисунок 10.6.2 Генератор с одной прямоугольной катушкой, вращающейся с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле, создает ЭДС, синусоидально изменяющуюся во времени.Обратите внимание, что генератор похож на двигатель, за исключением того, что вал вращается для выработки тока, а не наоборот.

На заряды в проводах петли действует магнитная сила, потому что они движутся в магнитном поле. Заряды в вертикальных проводах испытывают силы, параллельные проводу, вызывая токи. Но те, кто находится в верхнем и нижнем сегментах, ощущают силу, перпендикулярную проводу, которая не вызывает тока. Таким образом, мы можем найти наведенную ЭДС, рассматривая только боковые провода.Движущаяся ЭДС равна, где скорость перпендикулярна магнитному полю. Здесь скорость находится под углом к, так что ее составляющая, перпендикулярная к, равна (см. Рисунок 10.6.2). Таким образом, в этом случае ЭДС, наведенная с каждой стороны, равна, и они направлены в одном направлении. Суммарная ЭДС вокруг контура тогда составляет

(10.6.1)

Это выражение допустимо, но оно не дает ЭДС как функцию времени. Чтобы найти зависимость ЭДС от времени, предположим, что катушка вращается с постоянной угловой скоростью.Угол связан с угловой скоростью соотношением, так что

(10.6.2)

Итак, линейная скорость связана с угловой скоростью соотношением. Здесь, так что и

(10.6.3)

Учитывая, что площадь петли составляет, и учитывая петли, мы находим, что

(10.6.4)

Это ЭДС, индуцированная в обмотке генератора с витками и областью, вращающейся с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле. Это также можно выразить как

(10.6.5)

где

(10.6.6)

- пиковая ЭДС, так как максимальное значение. Обратите внимание, что частота колебаний равна, а период равен. На рисунке 10.6.3 показан график зависимости ЭДС от времени, и теперь кажется разумным, что переменное напряжение синусоидально.

(рисунок 10.6.3)

Рисунок 10.6.3 ЭДС генератора направляется на лампочку с показанной системой колец и щеток. График показывает зависимость ЭДС генератора от времени, где - пиковая ЭДС.Период, где - частота.

Тот факт, что пиковая ЭДС есть, имеет смысл. Чем больше катушек, тем больше их площадь и чем сильнее поле, тем больше выходное напряжение. Интересно, что чем быстрее вращается генератор (больше), тем больше ЭДС. Это заметно на велосипедных генераторах - по крайней мере, на более дешевых моделях.

На рис. 10.6.4 показана схема, с помощью которой генератор может вырабатывать импульсный постоянный ток. Более сложные конструкции из нескольких катушек и разрезных колец могут обеспечить более плавный постоянный ток, хотя для создания постоянного тока без пульсаций обычно используются электронные, а не механические средства.

(рисунок 10.6.4)

Рисунок 10.6.4 Разделенные кольца, называемые коммутаторами, в этой конфигурации вырабатывают импульсный выходной сигнал ЭДС постоянного тока.

В реальной жизни электрические генераторы сильно отличаются от рисунков в этом разделе, но принципы те же. Источником механической энергии, вращающей катушку, может быть падающая вода (гидроэнергия), пар, образующийся при сжигании ископаемого топлива, или кинетическая энергия ветра. На рис. 10.6.5 показан разрез паровой турбины; пар движется по лопастям, соединенным с валом, который вращает катушку внутри генератора.Производство электрической энергии из механической энергии - основной принцип всей энергии, которая направляется через наши электрические сети в наши дома.

(рисунок 10.6.5)

Рисунок 10.6.5 Паровая турбина / генератор. Пар, образующийся при сжигании угля, ударяет по лопаткам турбины, вращая вал, который соединен с генератором.

Генераторы, показанные в этом разделе, очень похожи на двигатели, показанные ранее. Это не случайно. Фактически, двигатель становится генератором, когда его вал вращается.В некоторых ранних автомобилях стартер использовался в качестве генератора. В следующем разделе мы подробнее исследуем действие двигателя как генератора.

Назад Emf

Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Таким образом, неудивительно, что двигатели и генераторы имеют одинаковую общую конструкцию. Двигатель работает, посылая ток через проволочную петлю, находящуюся в магнитном поле. В результате магнитное поле оказывает крутящий момент на петлю.Это вращает вал, тем самым извлекая механическую работу из первоначально подаваемого электрического тока. (Обратитесь к разделу «Сила и крутящий момент в токовой петле», чтобы обсудить двигатели, которые помогут вам лучше понять их, прежде чем продолжить.)

Когда катушка двигателя поворачивается, магнитный поток через катушку изменяется, и индуцируется ЭДС (в соответствии с законом Фарадея). Таким образом, двигатель действует как генератор всякий раз, когда его катушка вращается. Это происходит независимо от того, поворачивается ли вал под действием внешнего воздействия, например ременной передачи, или под действием самого двигателя.То есть, когда двигатель выполняет работу и его вал вращается, возникает ЭДС. Закон Ленца говорит нам, что ЭДС противодействует любому изменению, поэтому входной ЭДС, питающей двигатель, противостоит самогенерируемая ЭДС двигателя, называемая обратной ЭДС двигателя (рис. 10.6.6).

(рисунок 10.6.6)

Рисунок 10.6.6 Катушка двигателя постоянного тока представлена ​​на этой схеме как резистор. Обратная ЭДС представлена ​​как переменная ЭДС, которая противодействует ЭДС, приводящей в движение двигатель.Обратная ЭДС равна нулю, когда двигатель не вращается, и увеличивается пропорционально угловой скорости двигателя.

Выходная мощность генератора двигателя - это разница между напряжением питания и обратной ЭДС. При первом включении двигателя обратная ЭДС равна нулю, что означает, что катушка получает полное управляющее напряжение, а двигатель потребляет максимальный ток, когда он включен, но не вращается. По мере того, как двигатель вращается быстрее, обратная ЭДС возрастает, всегда противодействуя управляющей ЭДС, и снижает как напряжение на катушке, так и величину потребляемого ею тока.Этот эффект заметен во многих обычных ситуациях. Когда пылесос, холодильник или стиральная машина включается в первый раз, свет в той же цепи на короткое время тускнеет из-за падения напряжения в питающих линиях из-за большого тока, потребляемого двигателем.

Когда двигатель впервые включается, он потребляет больше тока, чем когда он работает с нормальной рабочей скоростью. Когда на двигатель оказывается механическая нагрузка, например, электрическая инвалидная коляска, поднимающаяся в гору, двигатель замедляется, обратная ЭДС падает, течет больше тока и можно выполнять больше работы.Если двигатель работает на слишком низкой скорости, больший ток может его перегреть (из-за резистивной силы в катушке), возможно, даже сжечь. С другой стороны, если на двигатель нет механической нагрузки, он увеличивает свою угловую скорость до тех пор, пока обратная ЭДС не станет почти равной управляющей ЭДС. Тогда двигатель использует достаточно энергии только для преодоления трения.

Вихревые токи в железных сердечниках двигателей могут вызывать серьезные потери энергии. Их обычно сводят к минимуму, собирая сердечники из тонких электрически изолированных листов железа.На магнитные свойства сердечника практически не влияет ламинация изолирующего листа, в то время как резистивный нагрев значительно снижается. Рассмотрим, например, катушки двигателя, представленные на рисунке 10.6.6. Катушки имеют эквивалентное сопротивление и управляются эдс. Вскоре после включения они потребляют ток

и, таким образом, рассеивает энергию в виде теплопередачи. Предположим, что при нормальных условиях эксплуатации для этого двигателя обратная ЭДС равна.Тогда на рабочей скорости полное напряжение на катушках будет (за вычетом обратной ЭДС), а потребляемый ток будет равен

.

Таким образом, при нормальной нагрузке рассеиваемая мощность составляет. Это не вызывает проблем для этого двигателя, в то время как первый сгорел бы катушки, если бы продолжал работать.

Кандела Цитаты

Лицензионный контент CC, особая атрибуция

  • Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected] Получено с : http://cnx.org/contents/7a0f9770-1c4[email protected] Лицензия : CC BY: Attribution
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *