Принцип действия электродвигателя постоянного тока

Электродвигателем называется машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.

Электрическая машина постоянного тока — обратимая. Это означает, что она без изменения конструкции может работать как в качестве генератора, так и в качестве электродви­гателя.

Впервые принцип обратимости электрических машин был установлен академиками Э. X. Ленцем и Б. С. Якоби. Если якорь машины постоянного тока вращать при помощи двигате­ля, то она будет работать как генератор. Если же по обмотке якоря пропустить постоянный ток от какого-либо источника, то машина будет работать как двигатель, преобразуя электриче­скую энергию в механическую.

Работа электродвигателя основана на явлении взаимодей­ствия проводника, по которому проходит электрический ток, с магнитным полем. При этом возникает механическая сила, ко­торая в зависимости от направления магнитного поля и тока в проводнике заставляет последний перемещаться в ту или иную сторону.

Проводники обмотки укреплены на якоре. В результате взаимодействия магнитного поля с обмоткой, подключенной к источнику электрического тока, якорь начинает вращаться. На­правление вращения определяется по правилу левой руки.

На рис. 5.8 показано взаимодействие магнитных полей по­люсов и проводов якоря. На рис. 5.8.а изображено магнитное поле полюсов, на рис. 5.8.б — магнитное поле одного витка. В результате взаимодействия этих полей виток 1 вместе с кол­лектором начнет вращаться по направлению часовой стрелки (рис. 5.8.в). Когда он займет положение, изображенное на рис. 5.8.г, пара пластин коллектора (к которым присоединен этот виток) выйдет из-под щёток и ток перестанет проходить по этому витку, но под щетками окажется вторая пара пластин и ток пойдет теперь по витку 2. Виток 2 будет вращаться в ту же сторону, что и виток 1.

Коллектор предназначен для распределения тока по провод­никам.

В проводниках, находящихся под северным полюсом магни­та, ток проходит в одном направлении, а в проводниках, нахо­дящихся под южным полюсом, — в другом. Когда проводники меняются местами, направление тока в них тоже меняется,

Таким образом, если к щеткам подвести постоянный электрический ток, то якорь начнет непрерывно вращаться вокруг своей оси.

Как уже указывалось, для образования магнитного поля в электрических машинах вместо постоянных магнитов использу­ются электромагниты. Обмотки этих электромагнитов называ­ются обмотками возбуждения.

В зависимости от того, как обмотка возбуждения подклю­чается к обмотке якоря, различают три типа генераторов и элек­тродвигателей постоянного тока:

1. С параллельным возбуждением (шунтовые). Обмотка воз­буждения подключается параллельно обмотке якоря.

2. С последовательным возбуждением (сериесные). Обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря.

3. Со смешанным возбуждением (компаундные). Машина имеет две обмотки возбуждения: одна включается последова­тельно, а другая — параллельно обмотке якоря.

Характерным для работы электрического двигателя является:

· совпадение по направлению электромагнитного момента М и частоты вращения n;это указывает на то, что машина отдаёт механическую энергию;

· возникновение в проводниках обмотки якоря э.д.с. е, направленной против тока iи внешнего напряжения U. Из этого вытекает необходимость получения машиной извне электрической энергии.

Когда э.д.с. Е, индуцированная в проводниках обмотки якоря, становится больше напряжения сети U, машина переходит из двигательного режима работы в генераторный, т.е. при Е˂U машина работает двигателем, при Е˃U –генератором.

Перевод электрической машины из двигательного режима в генераторный можно осуществить различными способами:

· уменьшения напряжения U источника, к которому подключена обмотка якоря;

· увеличения э.д.с. Е в обмотке якоря.

Контрольные вопросы

1. Какая электрическая машина называется электродвигателем?

2. Принцип действия простейшего электродвигателя.

3. Как возникает электромагнитный момент при работе электродвигателя?

4. Как направлен электромагнитный момент при работе электродвигателя?

5. Каковы условия нормальной работы электродвигателя?

6. Способы перевода электрической машины из двигательного режима в генераторный.

7. Способы перевода электрической машины из генераторного режима в двигательный.