Принцип действия и классификация

Рассмотрим простейшую электрическую машину постоянного тока с электромагнитным возбуждением в виде двухполюсного электромехани­ческого преобразователя с 8 стержнями якорной обмотки, соединенной, как показано на рис.1.1.

Рис1.1 Схема электрической машины постоянного тока

При вращении вала машины со скоростью ω₂ и положении переключателя SА в средней позиции, якорь 2, в обмотке которого должна создаваться ЭДС, находясь в постоянном магнитном поле системы возбуждения 1, стержнями 1-8 пересекает линии магнитного потока Ф. Возникающие при этом в стержнях якоря ЭДС имеют переменные направления, которые могут быть определены по правилу правой руки: в стержнях 1-4- из-за плоскости рисунка 1.1, а в стержнях 5-8 - на плоскость рисунка 1.1; при повороте якоря на угол одного шага расположения стержней - в стержнях 2-5 и 6-1; на два шага - в стержнях обмотки 3-6 и 7-2 ит.д. Однако суммарная ЭДС машины при идентичности стержней постоянна и равна суммам: в контуре АВС (см.формулу 1.1)и в контуре АДС (см.формулу1.2),причем е_АВС = е_АДС

е_авс = е₁+е₆+е₃+е₈ (1.1)

е_АДС = е₄ + е₇ + е₂ + е₅ (1.2)

Все машины постоянного тока (МПТ) с электромагнитным возбуждением делятся на генераторы (ГПТ) и двигатели (ДПТ), при этом и ГПТ, и ДПТ по системам возбуждения делятся на машины с независимым возбуждением (рис.1.2,а), последовательным (рис.1.2,б), параллельным (рис.1.2,в) и смешанным (рис.1.2,г) самовозбуждением. Самовозбуждение МПТ осуществляется за счет остаточного намагничивания магнитопровода системы возбуждения.

Рис.1.2 Схемы возбуждения машин постоянного тока

При наличии магнитного потока возбуждения Ф, замыкании зажимов щ1 и щ2 переключателем SА на внешнее сопротивление R_n (см. рис.1.1) и вращении якоря МПТ первичным двигателем, например, турбиной со скоростью ω, во внешней электроцепи возникает "постоянный", выпрямленный ток I, причем напряжение на клеммах щ1 и щ2 по II закону Кирхгофа определяется по формуле 1.3

(1.3)

где R₀ - внутреннее сопротивление электрической машины, сопротивление обмоток якоря и системы возбуждения. При этом механическая энергия первичного двигателя W_м=М•ω•t преобразуется в такой машине в электрическую энергию постоянного тока R_П•I². Машина генерирует энергию W_е=U•I•t и работает под нагрузкой Ре = = R_П•I² =U•I, причем ЭДС является активной силой. В этом случае МПТ работает в режиме генератора и ее состояние определяется равенством (1.3).

При подключении клемм щ1 и щ2 МПТ, находящейся в возбужденном состоянии (Ф 0), переключателем SА к питающей сети постоянного тока, в ветвях якорной обмотки возникает постоянный ток I, который, взаимодействуя с неизменным магнитным потоком Ф так, что на проводники будут действовать механические силы, определяемые соотношением Ампера, создаст вращающий момент М. Направление действия механических сил находится по правилу левой руки. Момент М является активной силой, которая, преодолевая сопротивление механической системы рабочей машины, совершает работу. Машина становится двигателем и преобразует электрическую энергию сети в механическую, преодолевая механическую нагрузку Р=М•ω. Теперь напряжение сети U компенсирует падение напряжения на внутреннем сопротивлении R₀ и преодолевает возникшую в якорной обмотке ЭДС

U = R₀• I + Е

(1.4)

U - Е = R₀ • I

Видно, что в выражении (1.4) направление вектора ЭДС Е противоположно направлению действия вектора напряжения сети U, и поэтому носит название противоЭДС.