Принцип действия электрических машин постоянного тока

Применим ранее полученные знания для изучения принципа действия «элементарных» генератора и двигателя (рис. 6.73).

Рис. 6.73. Электрические машины постоянного тока: «элементарный» генератор (а); «элементарный» двигатель (б)

 

Принцип действия генератора основан на явлениях электромагнитной индукции (6.30) и электромагнитных сил (6.21) и заключается в следующем.

Если помещенный в магнитное поле проводник перемещать сторонней силой F (дизель, турбина), то в нём будет наводиться электродвижущая сила (ЭДС)

E = Blv,

где В – магнитная индукция, Тл;

l – длина провод­ника;

v – скорость движения проводника, м/с.

Направление ЭДС определяется правилом «правой руки» (см. рис. 6.40).

В данном случае ЭДС направлена «от нас».

При этом на верхнем конце проводника знак ЭДС – положительный, на нижнем – отрицательный, т. к. ЭДС внутри источника направлена от отрицательного полюса к положительному (6.1. «Электрический ток и электродвижущая сила»).

Если к концам проводника подключить резистор R, то в образовавшейся замкнутой цепи потечет ток в направлении:

«плюс» ЭДС – резистор R – «минус» ЭДС.

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, станет действовать электромагнитная сила

= BIl,

направление которой определяется по правилу «левой руки» (рис. 6.33).

В данном случае эта сила направлена справа налево, т. е. противоположно движению проводника.

Таким, образом, в рассматриваемом элементарном генераторе сила является тормозящей по отношению к движущей силе F.

При движении проводника с неизменной скоростью эти противоположно направленные силы одинаковы:

F. = .

В реальном генераторе действие этой силы преодолевается его приводным двигателем – дизелем или турбиной (паровой, газовой).

Таким образом, при объяснении принципа действия генератора были использованы два фундаментальных закона электротехники: закон электромагнитной индукции и закон электромагнитных сил.

На использовании этих же двух законов основан принцип действия двигателя постоянного тока (рис. 6.73, б).

Если через проводник, находящийся в магнитном поле, пропустить ток от внешнего источника ЭДС Е, то в замкнутой цепи потечёт ток в направлении:

«плюс» ЭДС – проводник – «минус» ЭДС.

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, станет действовать электромагнитная сила

= BIl,

направление которой определяется по правилу «левой руки» (см. рис. 6.33).

В данном случае эта сила направлена справа налево.

При движении проводника в магнитном поле в нем будет наво­диться электродвижущая сила (ЭДС)

E = Blv,

направление которой определяется правилом «правой руки».

В данном случае эта ЭДС направлена справа налево, т.е. встречно ЭДС внешнего источника.

Поэтому ЭДС, индуктируемая в двигателях, называется противоэлектродвижущей силой (противоЭДС).

Из сказанного следует, что принцип действия как генераторов, так и двигателей основан на использовании упомянутых выше двух фундаментальных законах: электромагнитной индукции и электромагнитных сил.

На практике это означает, что одну и ту же электрическую машину можно использовать как генератор, так и двигатель.

В режиме генератора якорь машины надо вращать при помощи сторонней силы (дизель, турбина), в режиме двигателя – к якорю машины подводить электрический ток.

Поэтому по устройству генераторы и двигатели либо одинаковы, либо близки друг к другу (рис. 6.74).

 

 

Рис. 6.74. Устройство «элементарной» электрической машины:

1 – статор; 2 – ротор

 

Свойство электрической машины работать как генератором, так и двигателем, называется обратимостью машины.

Более подробно – см. РАЗДЕЛ 8 «Электрические машины» этого Пособия.