Принцип действия электрического генератора и двигателя постоянного тока.

Машины, предназначенные для преобразования электрической энергии в механическую, называют электрическими двигателями. Принцип действия генератора постоянного тока показан на рисунке. Здесь N и S — неподвижные полюсы, создающие магнитный поток, который называют потоком возбуждения; Я — якорь, состоящий из одного витка; К — коллектор, служащий для передачи получаемого тока в электрическую цепь. При вращении якоря в указанном стрелкой А направлении в верхней .части витка индуктируется ЭДС указанного стрелкой Б направления (по правилу правой руки), в нижней части витка, в соответствии с этим же правилом, будет индуктироваться ЭДС обратного направления. При горизонтальном положении витка ЭДС его будет равна нулю. При дальнейшем движении витка направление ЭДС изменится, так как изменилось направление силовых линий по отношению к витку (верхняя часть витка стала нижней). Для того чтобы ток во внешней цепи не изменил своего направления, служит коллектор; Коллектор, как видно из рисунка, в соответствии с

изменением положения витка переключает концы витка таким образом, чтобы направление тока во внешней цепи не изменилось. Ток с коллектора снимается щетками В и Г. Двигатель постоянного тока устроен так же, как и генератор.

В результате взаимодействия магнитного поля полюсов и магнитного поля, образованного током, протекающим по обмотке якоря, якорь начнет вращаться по правилу левой руки в направлении, показанном стрелкой .

В реальных двигателях и генераторах обмотка якоря состоит из большого числа витков провода, уложенных в пазы стального якоря, состоящего из тонких листов электротехнической стали. Введение стального якоря уменьшает сопротивление магнитному потоку, в связи с чем значительно увеличивается магнитная индукция в воздушном зазоре машины.

Якорь изготовляют из изолированных друг от друга тонких стальных листов (шихтованный якорь). Такая конструкция якоря позволяет избежать появления вихревых токов, нагревающих якорь.

В связи с тем, что обмотку якоря машины постоянного тока выполняют многовитковой, с большим числом отдельных секций, .коллектор этих машин состоит из большого числа медных пластин (ламелей), к которым припаяны концы секций.

Магнитное поле, в котором вращается якорь, создается в двигателях и генераторах постоянного тока при помощи специальных обмоток, называемых обмотками возбуждения. Эти обмотки расположены на стальных полюсах, укрепленных на станинах двигателей и генераторов.

Для изменения направления вращения двигателя постоянного тока нужно изменить направление тока или в якоре или в обмотке возбуждения (правило правой руки).

Если же изменить направление тока и в якоре и в обмотке возбуждения, то направление вращения двигателя не изменится.

Постоянный и переменный электрический ток.

Д о сих пор при изучении законов электрического тока имелось в виду, что напряжение, приложенное к цепи, остается постоянным по величине и направлению. Такой ток называют постоянным. График постоянного тока показан на рис. графика тока, где по вертикали отложено напряжение, а по горизонтали – время.

Рис. график тока:

а – постоянного, в – переменного

Время Т, в течение которого переменный ток совершит полное колебание, называется периодом. Число периодов в секунду называется частотой. В СНГ принята частота тока 50 периодов в секунду. Ценным качеством переменного тока является возможность трансформации его, т. е. изменения напряжения при помощи простого аппарата — трансформатора. Это дает возможность экономично передавать электрическую энергию на большие расстояния и расширяет область ее применения.

При протекании переменного тока в цепи, где самоиндуктируется ток, ЭДС самоиндукции, по правилу Ленца, противодействует внешнему напряжению. Таким образом, цепь, где происходит самоиндукция, оказывает протеканию переменного тока большое сопротивление, чем протеканию постоянного тока, за счет дополнительного сопротивления, появляющегося только при переменном токе.

Сопротивление электрической цепи протеканию постоянного тока называют активным сопротивлением. Дополнительное по сравнению с сопротивлением постоянному току сопротивление протеканию переменного тока, вызванное наличием ЭДС самоиидукции, называют индуктивным, или реактивным сопротивлением. Полное сопротивление цепи протеканию переменного тока (активное и реактивное вместе) называют, полным сопротивлением.

Аналогично названию сопротивлений, ток и мощность, идущие на создание электромагнитного поля в электрических цепях, где происходит самоиндукция, называют, соответственно, активным током и реактивной мощностью; ток и мощность, производящие полезную работу, называют активным током и активной мощностью. Общая мощность (сумма активной и реактивной мощностей), действующая в цепи переменного тока, называется полной мощностью.

В отличие от активной мощности, измеряемой в киловаттах, полную и реактивную мощность измеряют в вольтамперах и в киловольтметрах.

А ктивная и полная мощность связаны между собой соотношением:

где Р_а – активная мощность;

Р – полная мощность;

сosφ – коэффициент мощности, учитывающий реактивность данной электрической цепи

(производится – косинус фи) он измеряется в пределах от 0 до1.

Так как:

то

Таким образом, активная мощность переменного тока равна произведению напряжения на силу протекающего тока и на коэффициент мощности.

Пример: Определить активную мощность цепи, если при напряжении 220V по ней протекает ток силой 5А,cosφ=0,8.