Принцип работы электрических машин постоянного тока

Электрические машины разделяют по назначению на два основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели. Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, а электродвигатели — для приведения в движение колесных пар локомотивов, вращения валов вентиляторов, компрессоров и т.п.

В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую.

Принцип действия любой электрической машины основан на использовании явлений электромагнитной индукции и возникновения электромагнитных сил при взаимодействии проводников с током и магнитного поля. Эти явления имеют место при работе как генератора, так и электродвигателя. Поэтому часто говорят о генераторном и двигательном режимах работы электрических машин.

Принцип работы двигателя

Если по проводнику пропустить электрический ток то вокруг него возникает магнитное поле направление которого определяется по правилу БУРАВЧИКА.

Если проводник с током поместить в другое внешнее магнитное поле, то при взаимодействии магнитного поля проводника с внешним магнитным полем возникает электромагнитная сила старающаяся вытолкнуть проводник с током из внешнего магнитного поля. Направление этой силы определяется по правилу левой руки.

Левую руку располагают так, чтобы магнитные силовые линии внешнего поля входили в ладонь, а четыре выпрямленные пальца были вытянуты по направлению тока в проводнике, тогда большой палец отогнутый на 90^О покажет направление действующей на проводник электромагнитной силы.

На этом основан принцип работы двигателя постоянного тока.

Простейшим двигателем постоянного тока является рамка помещенная между двумя полюсами магнита (север, юг). Для того чтобы рамка всегда вращалась в одну сторону необходимо чтоб под каждым полюсом магнита находились проводники с одним и тем же направлением тока, т.е необходимо менять постоянно направление тока в рамке. Эту работу выполняет коллекторно-щеточный узел машины.

Принцип работы генератора

Принцип генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Если проводник перемещать в магнитном поле, то в нем возникает ЭДС (электродвижущая сила) направление которой определяется по ПРАВИЛУ ПРАВОЙ РУКИ.

Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии внешнего магнитного поля, а отставленный на 90^О большой палец расположить по направлению движения проводника, то четыре пальца покажут направление ЭДС в проводнике.

Если проводник подключить к потребителю и замкнуть цепь, то потечет ток совпадающий по направлению с ЭДС.

где: – индукция магнитного поля;

– активная длина проводника;

- скорость перемещения проводника.

Индукция показывает насыщенность пересекаемой площади силовыми линиями магнитного потока, следовательно, чем больше магнитное поле, тем больше наводимая ЭДС.

Тормозной эффект

В режиме генератора в обмотках якоря наводится ЭДС и при подключении нагрузки появляется ток совпадающий по направлению с ЭДС. При появлении тока в электрической машине начинает работать правило левой руки т.е. появляется электромагнитная сила Fм направленная против направления вращения якоря, следовательно возникающая электромагнитная сила тормозит якорь. На данном явлении основана работа электрического торможения (реостатного, рекуперативного).

Величина электромагнитной силы определяется как:

- конструктивная постоянная электрической машины;

- магнитный поток создаваемый полюсами;

- ток якоря.

В соответствии с формулой для увеличения тормозной силы необходимо увеличить значение тока якоря или величину магнитного потока полюсов.

Для увеличения магнитного потока необходимо увеличить значение тока протекающего по обмоткам возбуждения главных полюсов, т.е. .

Для увеличения тока якоря уменьшают значение сопротивления (БТС блоки тормозных сопротивлений) подключаемого к обмотке возбуждения в режиме электрического торможения.

 

Реверсирование ТЭД

 

Реверсировать двигатели (рис. 1, а) можно двумя способами:

1. не меняя направления тока в обмотке якоря, изменить направление магнитного потока, изменив направление тока в обмотке возбуждения (рис. 1,б);

2. не меняя направление магнитного потока, изменить направление тока в обмотке якоря (рис. 1, в).

Рис 1. Способы реверсирования тяговых двигателей

На электровозах, как правило, реверсируют двигатели изменением направления магнитного потока. Это объясняется тем, что напряжение, приходящееся на обмотку возбуждения, меньше напряжения на якоре. Поэтому аппараты, осуществляющие реверсирование путем изменения тока в обмотке возбуждения, получаются проще, так как они работают под меньшим напряжением.

Однако на электровозах серии ВЛ10 и на части электровозов ВЛ8 для упрощения силовой схемы реверсирование тяговых двигателей осуществляют, изменяя направление тока в якорях тяговых двигателей.

Реверсируют тяговые двигатели электрическими аппаратами, называемыми реверсорами.

Изменение направления тока в обмотках возбуждения в зависимости от положения контакторов, а тем самым и контактов 1, 2, 3, 4 показано на рис. 2.

Рис. 2. Схема кулачкового реверсора