Принцип действия электрических машин постоянного и переменного тока

Принцип действия электрических машин постоянного и переменного тока

o Назначение o классификация o технические данные электрических машин тепловозов o размещение их на тепловозе o Принцип действия электрических машин переменного и постоянного тока. o Обратимость машин.

Знания, умения, навыки, которыми должны овладеть обучающиеся o Должны знать принцип работы электрических машин постоянного и переменного тока.

o o o o Расположение оборудования на тепловозе 2 ТЭ 116: 1 — пульт управления; 2 — камера для электрических аппаратов; 3 — мотор-вентилятор; 4 — выпрямительная установка; 5 — тяговый генератор; 6 — дизель; 7 — аккумуляторная батарея; 8 — топливный бак; 9 — компрессор; 10 — вентилятор холодильника

o На тепловозе установлены 2 ТЭ-116 тяговые генераторы (ГС-501 А), возбудители. (ВС-650), o Стартер-генераторы (СТГ-5 или ПСГ), аккумуляторные батареи (68 ТПЖНК 250). o Для выпрямления тока использованы установки В-ТППД-5, 7 К-750 o В качестве тяговых электродвигателей использованы электродвигатели типа ЭД-118 А.

Главный генератор

Выпрямительная установка

Вентиляторы холодильника

Возбудитель и стартергенератор

Аккумуляторная батарея

o В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из статора (неподвижной части) и ротора (якоря в случае машины постоянного тока) (подвижной части), электрическим током (или также постоянными магнитами) в которых создаются неподвижные и/или вращающиеся магнитные поля.

o o o o Статор — неподвижная часть электродвигателя, чаще всего — внешняя. В зависимости от типа двигателя, может создавать неподвижное магнитное поле и состоять из постоянных магнитов и/или электромагнитов, либо генерировать вращающееся магнитное поле (и состоять из обмоток, питаемых переменным током). Ротор — подвижная часть электродвигателя, чаще всего располагаемая внутри статора. Ротор может состоять из: постоянных магнитов; обмоток на сердечнике (подключаемых через щёточноколлекторный узел); короткозамкнутой обмотки ("беличье колесо" или "беличья клетка"), в которой токи возникают под действием вращающегося магнитного поля статора). принцип действия 3 х фазного ассинхронного электродвигателя

o При включении в сеть в статоре возникает круговое, вращающееся, магнитное поле, которое проинизывает короткозамкнутую обмотку ротора, и наводит в ней ток индукции, отсюда, следуя закону ампера (На проводник с током помещенный в магнитное поле действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуеться скольжением. Двигатель называется ассинхронным, т. к. частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом. либо имеет в себе часть бельичей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. для запуска используют вспомогательные ассинхронные электродвигатели, либо ротор с к. з обмоткой.

o o o o Двигатели постоянного тока Двигатель постоянного тока в разрезе. Справа расположен коллектор с щётками Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на: коллекторные двигатели; бесколлекторные двигатели. Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом[1]: 27. По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на: двигатели с независимым возбуждением от электромагнитов и постоянных магнитов; двигатели с самовозбуждением. Двигатели с самовозбуждением делятся на: Двигатели с паралельным возбуждением; (обмотка якоря включаеться паралельно обмотке возбуждения) Двигатели последовательного возбуждения; ( обмотка якоря включается последовательно обмотке возбуждения) Двигатели смешанного возбуждения. ( обмотка возбуждения включается частично последовательно частично параллельно обмотке якоря)

o o o o Двигатели переменного тока Трехфазные асинхронные двигатели Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гаромника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора, а у асинхронных — всегда должна быть разница скоростей. Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Данные двигатели обычно используются при больших мощностях (от сотен киловатт и выше)[1]: 28. Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. У них заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие. Ещё один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов. Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА o Генераторами называют электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. o Принцип действия электрического генератора основан на использовании явления электромагнитной индукции

Рассмотрим принцип действия простейшего генератора

o Проводник в виде рамки из медной проволоки укреплен на оси и помещен в магнитное поле. Концы рамки присоединены к двум изолированным одна от другой половинам (полукольцам) одного кольца. Контактные пластины (щетки) скользят по этому кольцу. Такое кольцо, состоящее из изолированных полуколец, называют коллектором, а каждое полукольцо — пластиной коллектора. Щетки на коллекторе должны быть расположены таким образом, чтобы они при вращении рамки одновременно переходили с одного полукольца на другое как раз в те моменты, когда э. д. с, индуктируемая в каждой стороне рамки, равна нулю, т. е. когда рамка проходит свое горизонтальное положение.

Схема работы генератора постоянного тока

Двухвитковый генератор постоянного тока

Кривые пульсации электродвижущей силы двухвиткового генератора

Схема генератора с электромагнитной системой возбуждения и стальным массивным якорем

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА o Величина э. д. с, индуктируемой генератором, прямо пропорциональна магнитному потоку Ф, создаваемому главными полюсами, и частоте вращения якоря n: o где С — постоянный коэффициент, учитывающий число витков обмотки якоря, число пар полюсов и другие постоянные величины, характеризующие данный генератор.

o Напряжение на выводах генератора меньше его э. д. с. на величину падения напряжения в цепи якоря. Падение напряжения в цепи якоря определяется по закону Ома и равно произведению тока якоря Iя на сопротивление цепи якоря Rя. Следовательно, напряжение на выводах генератора

Схемы возбуждения генератора: o а -независимое возбуждение; o б - параллельное возбуждение; o в - последовательное возбуждение; o г - смешанное возбуждение

o Обратимость электрических машин — одинаковое устройство преобразователей электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот,

o Данное явление широко используется в электротехнике, например, для электродинамического торможения: двигатель постоянного тока, будучи отключен от питающего источника, вращаясь по инерции, сразу же переходит в генераторный режим из-за наличия в нём противоэлектродвижущей силы. Если одновременно с отключением от источника двигатель замкнуть на небольшое сопротивление, то под действием противоэлектродвижущей силы в замкнутой цепи якорной обмотки возникнет большой ток, который и создаст в двигателе тормозящий момент, направленный против его вращения, вследствие чего двигатель быстро остановится. Кроме того, генерируемый двигателем ток может подзаряжать аккумуляторы транспортного средства, на котором установлен, либо возвращаться в питающую электросеть, как происходит на электропоездах при торможении или движении под уклон.