Тяговый электрический двигатель постоянного тока. 4.4.1. Принцип работы электродвигателя постоянного тока

4.4.1. Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Из курса физики средней школы известно, что при помещении проводника, по которому от источника энергии протекает электрический ток I_ПР (сплошная стрелка на рис. 4.18) однородное магнитное поле с индукцией В, на него будет действовать сила F_ПР, которая вызовет его поступательное движение в направлении этой силы. Возникающая сила (по закону Ампера), Н.

(4.29)

где I - сила тока (в дальнейшем просто «ток»), А;

В- индукция магнитного поля, Тл;

l_пр — длина проводника, м.

Рис.4.18

Направление действия силы определяют правилом «левой руки»: если вектор магнитной индукции направлен «в ладонь», вектор тока — по вытянутым пальцам левой руки, то .отогнутый большой палец покажет направление действия возникшей электромагнитной силы. Под действием этой силы будет происходить, поступательное движение проводника. Мнемоническое правило: Левая рука— двигатель.

При движении проводника в магнитном поле в нем возникает электродвижущая сила (ЭДС). По закону Ленца, В:

(4.30)

где v —скорость движения проводника в машинном поле, м/с.

Направление ЭДС (штриховая стрелка на рис. 4.18) определяют правилом «правой руки»: если вектор магнитной индукции направлен «в ладонь», а направление движения совпадает с отогнутым большим пальцем, то вытянутые пальцы правой руки покажут направление генерируемой ЭДС. Мнемоническое правило: правая рука — генератор.

Рис.4.19

Если из двух проводников АВ и CD (рис. 4.19) сделать«рамку» ABCD, разместить на стальном цилиндре с осью вращения О – О₁, помещенном между полюсами N и S, иподключить ее к источнику энергии, то по ней будет протекать ток I_пр и на каждый проводник будет действовать сила F_ПР(Fnp1на проводник АВ и F_np₂— на CD). Таким образом, возникает пара сил F_npl—F_np₂,создающих вращающий момент«рамки» Mp = F_n_рD(где D — расстояние между проводниками, то есть диаметр цилиндра), направленный против часовой стрелки. В этом же направлении цилиндр с «рамкой» начнет вращаться под действием М_р.

На рис. 4.20, а показано это положение «рамки» в поперечном разрезе. Знак + указывает, что ток идет «от нас», а - «к нам». Здесь же показана магнитная система, по которой замыкается магнитный поток Ф (штриховые линии), создающий индукцию В = Ф/S в воздушном зазоре между цилиндром и полюсами. Рамка соединена с двумя изолированными между собой полукольцами, которые также закреплены на оси О-О₁Ток от источника энергии подводится к полукольцам через неподвижные щетки

(скользящий контакт).

Рис.4.20

Нетрудно убедиться в том, что при расположений «рамки», повернутом на 180° относительно положения, изображенного на рис. 4.20, а, направление тока в верхнем проводнике CD, подключенном к полукольцу 2, сохранится таким же, как и в проводнике АВ на рис. 4.20, а. Аналогичные рассуждения относятся к проводнику АВ. Следовательно, направление вращающего момента сохранится прежним (рис. 4.20,.б). Таким образом, для обеспечения постоянства направления вращающего момента необходимо после каждого поворота рамки на 180° осуществлять изменение тока в проводнике. Эту функцию выполняют полукольца со щетками. Рассмотренный процесс вращения «рамки» является принципом работы электродвигателя постоянного тока, который превращает подведенную электрическую энергию в механическую энергию вращательного движения.

Заметим, что при вращении «рамки» в магнитном поле ЭДС, генерируемая в ней, направлена противоположно по отношению к току, поэтому её называют в двигателе противоЭДС. Ток, протекающий по «рамке» при ее вращении,

(4.31)

где U — напряжение, подводимое к щеткам; В

r—активное сопротивление «рамки».

В реальном двигателе имеется множество образующих обмотку якоря, «рамок», каждая из которых подключена к соответствующим сегментам (вместо полуколец при одной. «рамке»), образующим коллектор двигателя.

Дата добавления: 2015-09-25; просмотров: 982;