|
Принцип работы двигателей постоянного тока.
Как уже отмечалось ранее,
все электрические машины постоянного тока обладают свойствами обратимости и без
особого изменения конструкции могут работать в генераторном или двигательном
режиме. Поэтому, если сравнить устройство простейшего генератора и
электродвигателя, то можно найти много общего.
Устройство простейшего электродвигателя показано на . 1. Магнитное поле с
магнитным потоком Ф создается постоянными магнитами разной полярности С и Ю.
В магнитном поле Ф находится металлическая рамка 1. Если к рамке 1, состоящей из
двух проводников, с помощью щеток 3, 4 и двух полуколец 2 подвести электрическую
энергию постоянного тока I, например, от аккумуляторной батареи АБ, то на каждый
проводник с током в соответствии с законом Ампера будет действовать
электромеханическая сила F, стремящаяся вытолкнуть их из магнитного поля.
Направление действия этой силы F и движения проводника с током
определяются правилом левой руки, в соответствии с которым на проводник,
находящийся под полюсом Ю, действует сила F (влево), а на проводник под полюсом
С - сила F с противоположным направлением действия. Эти две силы F создают так
называемый электромагнитный момент М, под действием которого рамка будет
вращаться по часовой стрелке и обеспечивать привод какого-либо устройства,
например, колесной пары локомотива.
Как уже отмечалось ранее, в реальных конструкциях тяговых электрических
машин постоянного тока для создания магнитного потока Ф вместо постоянных
магнитов применяют специальные катушки (обмотки) возбуждения, изготовленные из
медного провода или шинной меди, которые размещают на стальных сердечниках
полюсов. Функции рамки с током в ТЭД выполняет якорь с обмоткой, витки которой
соединяют с коллектором.
На преодоление каких же сил сопротивления при работе ТЭД расходуются
тысячи киловатт электрической энергии, поступающей с зажимов тягового генератора
или выпрямительной установки локомотива?
В связи с тем, что проводники рамки (якоря) будут пересекать магнитные
силовые линии магнитного потока Ф, согласно закону электромагнитной индукции
(закону Фарадея) в проводниках рамки будет индуктироваться (наводиться) э.д.с.
самоиндукции Е. Она прямо пропорциональна магнитному потоку Ф, частоте
вращения рамки (якоря) n и некой магнитной постоянной (коэффициенту) с
е
, т.е. Е =
с
е
∙n∙Ф. При вращении витка 1 с помощью полуколец 2 обеспечивается переключение
направления тока в проводниках таким образом, что электромагнитные силы F,
приложенные к верхнему и нижнему (см. . 56) проводникам рамки, будут сохранять
свои направления действия, чем, в итоге, и обеспечивается постоянство направления
вращения якоря ТЭД (величин М и n).
. Схема устройства простейшего электродвигателя постоянного тока: 1 - рамка
(виток); 2 - контактные кольца; 3 - щетки; С, Ю - постоянные магниты; АБ -
аккумуляторная батарея; ТП - тяговый привод
Напряжение U
тэд
, подводимое к двигателю, создает ток I в рамке (обмотке
якоря), а величина э.д.с. самоиндукции Е препятствует протеканию тока, так как в
соответствии с правилом правой руки направлена навстречу подводимому
напряжению. Другими словами, одним из условий работы электрической машины в
двигательном режиме является выполнение следующего требования: подводимое к
ТЭД напряжение U
тэд
должно всегда превосходить величину э.д.с. самоиндукции Е.
То есть необходимо соблюдение неравенства U
тэд
> Е, или
U
тэд
= Е +ΔU, где ΔU - потери напряжения в обмотках электродвигателя
сопротивлением R
я
, которые в соответствии с законом Ома равны ΔU = I∙R
я
.
Чем больше электрическая мощность генератора и, соответственно, подводимое
к ТЭД напряжение U
тэд
, тем быстрее вращаются якорь двигателя и колесные пары
(при постоянстве сопротивления движению) и увеличивается величина э.д.с.
самоиндукции Е, на преодоление которой и затрачивается напряжение. Значит,
именно на преодоление э.д.с. самоиндукции Е и расходуются тысячи киловатт
электрической энергии, вырабатываемой тяговым генератором тепловоза. В
принципе, для ТЭД локомотива может быть справедливо и другое объяснение:
мощность его тяговых двигателей, имеющих жесткую механическую связь с
колесными парами, затрачивается на преодоление сил сопротивления движению
поезда.
Сформулируем основные условия, при выполнении которых электрическая
машина постоянного тока способна работать в двигательном режиме:
* создание магнитного потока Ф постоянными магнитами или катушками
возбуждения, питаемыми от источника постоянного тока;
* подведение к якорю извне электрической энергии постоянного тока
напряжением U, величина которого должна быть больше э.д.с. самоиндукции Е;
* направления тока I и э.д.с. Е всегда противоположны;
* совпадение по направлению величин электромагнитного момента М и
частоты вращения якоря n.
В целом можно отметить, что отличия в принципах работы простейшего
двигателя и генератора заключаются только во взаимном направлении э.д.с. Е, тока I,
электромагнитного момента М и частоты вращения якоря n.
Do'stlaringiz bilan baham: |
