Задачи очень трудные. D1. Генератор переменного тока с действующим значением ЭДС ℰ = = 220 В и внутренним сопротивлением r = 10 Ом подключен через трансформатор к

D1. Генератор переменного тока с действующим значением ЭДС ℰ = = 220 В и внутренним сопротивлением r = 10 Ом подключен через трансформатор к нагрузочному сопротивлению R = 1 Ом. При каком коэффициенте трансформации в нагрузке будет выделяться наибольшая мощность? Найти это значение мощности. Потерями в трансформаторе пренебречь.

d2.Обмотка ротора генератора переменного тока представляет собой прямоугольную рамку со сторонами l₁ = 4,0 см и l₂ = 8,0 см, состоящую из N = 20 витков медного провода диа­метром d = 0,50 мм. Рамка вращается с частотой п = 50 Гц в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,50 Тл. Удельное сопротивление меди r= 1,7×10^–8 Ом×м. Определить тепловую мощность, выделяющуюся в подключенном к генератору со­противлении R = 1,0 Ом.Ось вращения рамки проходит через середины противоположных сторон рамки и перпендикулярна вектору .

Электродвигатели

Электродвигатель – это устройство, которое «превращает» электрическую энергию в механическую. По сути, электродвигатель – это электрический генератор, пущенный «в обратную сторону».

В самом деле, чтобы электрогенератор производил электрический ток, к нему необходимо подвести механическую энергию, т.е. внешней силой вращать вал, на который насажен ротор электрогенератора. В электродвигателе все наоборот: «на вход» подают электрическую энергию, а «на выходе» получают механическую, т.е. электрический ток создает силы, которые вращают вал электродвигателя.

Электродвигатели могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. Мы ограничимся рассмотрением электродвигателя постоянного тока.

Рис. 19.1

Принципиальная схема такого двигателя дана на рис. 19.1. Здесь показаны силы, действующие на отдельные проводники обмотки (секции) якоря в момент, когда плоскость этой обмотки расположена под некоторым углом к направлению магнитного поля. Легко видеть, что силы, действующие на проводники bс, ag и de, направлены параллельно оси вращения. Поэтому они не создают вращающего момента якоря, а стремятся лишь деформировать (сжать или растянуть) его обмотку. Силы же, действующие на проводники ab и cd, перпендикулярны к оси вращения и создают вращающий момент, который и приводит во вращение вал якоря и связанные с ним валы станков, оси трамваев ит. п.

Действующий на якорь механический вращающий мо­мент имеет наибольшее значение тогда, когда соответствую­щая обмотка лежит в плоскости, параллельной направлению магнитного поля. По мере поворота обмотки этот вращаю­щий момент уменьшается и обращается в нуль, когда обмотка становится перпендикулярно к направлению поля. В этом положении силы, действующие на проводники аb и cd, лежат в одной плоскости (плоскости обмотки), так что они не создают вращающего момента, а стремятся только дефор­мировать обмотку. При дальнейшем повороте обмотки знак вращающего момента меняется, т.е. он начинает действовать в противоположную сторону. Поэтому, если бы не было коллектора, то направление вращающего момента менялось бы после каждого полуоборота якоря, и длительное вращение было бы невозможно. Но, как мы видели, коллектор коммутирует (изменяет) направление тока в обмотках как раз в те моменты, когда обмотка стоит перпендикулярно к линиям поля. Благодаря этому вращающий момент сохраняет свое направление, и якорь вращается постоянно в одну сторону.

Таким образом, когда машина работает как генератор постоянного тока, то роль коллектора заключается в выпрямлении переменного тока, индуцируемого в ее обмотках, а когда машина работает как двигатель, то коллектор таким же образом «выпрямляет» вращающий момент, т. е. заставляет машину длительно вращаться в одну сторону.

Направление вращения коллекторного двигателя за­висит от соотношения между направлением магнитного поля индуктора и направлением тока в якоре. Здесь возможны различные случаи. На рис. 19.2 показано направление вращения двигателя постоянного тока в зависимости от направления магнитного поля и направления тока (кружки с крестиком – ток направлен от нас, кружки с точкой – ток направлен к нам).

Рис. 19.2

Из рисунка видно, что, для того чтобы изменить направление вращения двигателя, нужно изменить направление тока либо в якоре машины, либо в ее индукторе. Если же мы одновременно изменим направление обоих токов, то машина будет продолжать вращаться в прежнюю сторону.