Обратимость электрических машин

Обратимость электрических машин вызвана одинаковым устройством преобразователем электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот, и т. п.

Приоритетная функция электрической машины определяет её конструктивные особенности, вследствие которых обратимость становится неравномерной. Так, электрогенератор будет иметь несколько больший КПД, чем используемый в качестве генератора соответствующий по размерам электродвигатель, электродинамический микрофон будет выдавать более качественный звуковой сигнал, чем равная по размерам динамическая головка.

Применение

Данное явление широко используется в электротехнике, например, для электродинамического торможения: двигатель постоянного тока, будучи отключен от питающего его источника, вращаясь по инерции, сразу же переходит в генераторный режим из-за наличия в нём противоэлектродвижущей силы. Если одновременно с отключением от источника двигатель замкнуть на небольшое сопротивление, то под действием противоэлектродвижущей силы в замкнутой цепи якорной обмотки возникнет большой ток, который и создаст в двигателе тормозящий момент, направленный против его вращения, вследствие чего двигатель быстро остановится. Кроме того, генерируемый двигателем ток может подзаряжать аккумуляторы транспортного средства, на котором установлен, либо возвращаться в питающую электросеть, как происходит на некоторых электропоездах и трамваях при торможении или движении под уклон. Такой режим работы транспортного средства называется рекуперативным торможением.

Обратимость иногда используется в электронной технике: например, в некоторых образцах связной аппаратуры динамическая головка в режиме передачи служит микрофоном. Этим достигается улучшение массогабаритных показателей и удешевление изделия. Также известны образцы устройств, в которых светодиод часть времени используется в качестве фотодиода. Таким путём упрощается оптический тракт двунаправленных устройств оптической связи.

Свойством обратимости обладают также гидравлические машины.

Источник

Обратимость электрических машин

Основные положения принципа обратимости электрических машин

Таким образом, мы получим электрический двигатель, который, в отличие от генератора преобразует электрическую энергию в механическую.

По закону Ленца, индуцированный ток всегда имеет такое направление, при котором возникающая электромагнитная сила стремится препятствовать тому изменению (движению), благодаря которому индуцируется ток.

Рис. 1. Простейший генератор переменного тока

Рис. 2. Простейший генератор постоянного тока

Рис. 3. Генератор дает переменную э.д.с., если концы рамки подключены к кольцам. Если же они подключены к полукольцам (пластинам коллектора), то ток в цепи будет пульсирующим.

На основании упомянутых выше законов и принципа работы простейших электрических машин можем сформулировать следующие основные положения энергопреобразования:

1) непосредственное взаимообратное преобразование механической и электрической энергии в индуктивных электрических машинах возможно лишь тогда, когда последняя является энергией переменного тока,

2) для такого энергопреобразования необходим электрический контур с изменяющейся индуктивностью (в нашем случае это поворачивающийся в магнитном поле виток),

4) любая электрическая машина энергетически обратима, т. е. принципиально равноценно может работать и как генератор, и как двигатель,

5) поскольку для проявления закона электромагнитной индукции необходимо лишь относительное перемещение проводника и магнитного поля, то любая электрическая машина кинематически обратима, т. е. у нее может вращаться или якорь или индуктор.

Возможно ли использование двигателя вместо генератора на практике

По закону Э. X. Ленца индуктированный ток в замкнутом электрическом контуре всегда имеет такое направление, при котором возникающая электромагнитная сила стремится препятствовать тому изменению (движению), благодаря которому индуктируется электрический ток. На этом основании всякая индуктивная электрическая машина «энергетически обратима», т. е. может, принципиально, работать как генератором, так и двигателем.

Тем не менее, при необходимо знать, для какого режима работы электричсекая машина предназначается, — для генераторного или двигательного. Это объясняется тем, что на практике к генератору и к двигателю предъявляются определенные требования, которые не всегда совместимы, а потому может оказаться, что электрическая машина, выполненная как генератор, не будет в состоянии удовлетворительно работать в качестве двигателя, и наоборот.

Поэтому всякая машина должна иметь на своем «заводском щитке» указание, для какого режима работы она предназначается выпустившим ее заводом. Кроме того, нужно отметить, что ряд типов электрических машин возник и применяется только в качестве генератора, либо только в качестве двигателя.

Кинематическая обратимость электрической машины

С точки зрения осуществления в электрической машине энергопреобразования важно лишь взаимоотносительное движение ее двух основных органов, вытекает кинематическая обратимость электрической машины.

Это значит, что если ротор электрической машины застопорить, а статору дать возможность вращаться, то он придет во вращение, при этом будет вращаться, при неизменных электрических соединениях, в сторону, обратную той, в которую вращался ротор, превращенный в статор (это следует из законов механики).

Очевидно, что для придания статору возможности вращения его придется снабдить соответствующими подшипниками и, кроме того, скользящими электрическими контактами, чтобы сохранить подачу электрической энергии к статору, если таковая имела место до переделки. Очевидно, что при кинематическом обращении внутрироторной электрической машины получим внешнероторную электрическую машину, и наоборот.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

В чем заключается принцип обратимости

Обратимость — Обратимость свойство какого либо процесса, выражающееся в существовании другого процесса, симметричного исходному относительно времени. Обратимость тесно связана с изменением энтропии: если процесс сопровождается значительным увеличением… … Википедия

Электрический генератор — Основная статья: Электрогенераторы и электродвигатели Электрогенераторы в начале XX века Электрический генератор это устройство, в котором неэлектрические ви … Википедия

Электричество — (Electricity) Понятие электричество, получение и применение электричества Информация о понятии электричество, получение и применение электричества Содержание — это понятие, выражающее свойства и явления, обусловленные структурой физических… … Энциклопедия инвестора

Ленц Эмилий Христианович — (1804 1865), физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830), ректор Петербургского университета (с 1863). Установил (1833) правило, названное его именем, экспериментально обосновал закон Джоуля Ленца (1842). Дал методы расчёта… … Энциклопедический словарь

Ленц, Эмилий Христианович — (Неіnrich Friedrich Emil Lenz) профессор физики, доктор филологии, тайный советник; род. в Дерпте 12 февраля 1804 г., ум. в Риме 29 января 1864 г. Образование получил в Дерптском университете, занимаясь теологией, филологией и естественными… … Большая биографическая энциклопедия

Ленц Эмилий Христианович — [12(24).2.1804, Тарту, 29.1(10.2).1865, Рим], русский физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830). В 1820 поступил в Дерптский (ныне Тартуский) университет. В 1823, не закончив обучения, занял место физика на шлюпе «Предприятие»,… … Большая советская энциклопедия

Ленц — I (Lentz) Станислав (23.4.1861, Варшава, 19.10.1920, там же), польский живописец и график. Учился в Школе изящных искусств в Кракове (1877 79), варшавском Рисовальном классе (1879 1880) у В. Герсона, в АХ в Мюнхене (1880 84) и академии… … Большая советская энциклопедия

ЛЕНЦ Эмилий Христианович — (1804 65) российский физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830), ректор Санкт Петербургского университета (с 1863). Установил (1833) правило, названное его именем, экспериментально обосновал закон Джоуля Ленца (1842). Дал методы… … Большой Энциклопедический словарь

ЛЕНЦ — Эмилий Христианович (1804 1865), физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830), ректор Петербургского университета (с 1863). Установил (1833) правило для определения направления индукционного тока (правило Ленца), экспериментально… … Русская история

Ленц, Эмилий Христианович — ЛЕНЦ Эмилий Христианович (1804 1865) российский учёный с мировым именем, физик и электротехник, член Петербургской АН (1830), один из основателей Российского географического общества(1845) и основоположников российской океанологии. Окончил… … Морской биографический словарь

Правило правой руки.

помещен проводник, сечение которого изображено кружком. Если этот проводник передвигать, например, слева направо, то в нем согласно закону электромагнитной индукции возникнет э. д. с.

Направление наведенной э. д. с. определяется по правилу правой руки, причем следует иметь в виду, что это правило дается для определения направления э. д. с. в проводнике, перемещающемся относительно магнитного поля (рис. 1-3).

Если концы проводника замкнуты на внешнее сопротивление, то по нему пойдет ток, имеющий такое же направление, как и э. д. с. Это направление (от нас) указано крестиком на рис. 1-2.

В результате взаимодействия тока i в проводнике и поля возникнет электромагнитная сила

Отсюда видим, что механическая мощность Fv в нашем элементарном генераторе преобразуется в электрическую мощность ei. Мощность, отдаваемая во внешнюю цепь таким генератором, может быть найдена из уравнения напряжений

где и — напряжение на зажимах внешнего сопротивления;

ir — падение напряжения в проводнике, имеющем сопротивление r.

Умножив это уравнение на i, получим:

где иi — электрическая мощность, отдаваемая проводником во внешнюю цепь (она является частью полной электрической мощности ei, полученной в результате преобразования механической мощности);

i2r — электрические потери в проводнике.

Та же элементарная машина может работать двигателем, т. е. преобразовывать электрическую энергию в механическую. Подведем к проводнику напряжение и так, чтобы ток i в проводнике имел указанное на рис. 1-2 направление. При этом возникнет электромагнитная сила, которая согласно правилу левой руки заставит проводник передвигаться

Правило левой руки.

влево. В проводнике появится э. д. с. e, направленная против тока i и против напряжения и,в чем можно убедиться при помощи правила правой руки. Следовательно, напряжение и должно уравновесить э. д. с. е и падение напряжения в проводнике ir, т. е.

От уравнения напряжений (1-8), умножив его на i, перейдем к уравнению мощностей

В этом уравнении i2r — электрические потери в проводнике, ei — та часть подведенной электрической мощности ui, которая преобразуется в механическую мощность Fэмv, так как, учитывая (1-1) и (1-2), мы можем написать:

ei = Blvi = Fэмv. (1-10)

Приведенные соотношения показывают, что электрическая машина обратима, т. е. может работать и генератором и двигателем.

Принцип обратимости электрических машин был установлен русским академиком Э. X. Лен-цем в 1833 г. Он применим к любой электрической машине.

Таким образом, мы видим, что наличие магнитного поля и проводников, по которым проходит ток, является необходимым условием для работы любой электрической машины. Для усиления магнитного поля применяются ферромагнитные материалы в виде сталей.

При работе электрической машины происходит относительное перемеще-

ние проводников и магнитного поля. Такое перемещение в обычных машинах осуществляется путем вращательного движения (рис. 1-1).

В основе работы трансформатора лежит явление взаимоиндукции. Трансформатор состоит обычно из двух обмоток с разными числами витков. Между обмотками существует магнитная связь; для ее усиления обмотки помещаются на стальном замкнутом магнитопроводе, называемом сердечником трансформатора. Энергия из одной обмотки в другую передается через посредство магнитного поля. Благодаря различию чисел витков обмоток получается трансформирование тока одного напряжения в ток другого напряжения, повышенного или пониженного по сравнению с первым.

Правило Ленца Правило Ленца – правило для определения направления индукционного тока: индукционный ток, возникающий при относительном движении проводящего контура и источника магнитного поля, всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток. Правило правой руки — правило определяющее направление линий магнитной индукции прямолинейного проводника с током: Если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции.
Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки.
Правило левой определяет направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током. Если ладонь левой расположить так, чтобы в нее входили линии индукции магнитного поля, а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на положительный заряд. На отрицательный заряд сила со стороны магнитного поля действует в противоположном направлении.

Правило правой руки
Расположите правую руку так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, а большой палец, отогнутый на 90 градусов показывал направление движения проводника относительно магнитного поля. Тогда ладонь (4 остальные пальца) покажут направление ЭДС.

Принцип обратимости электрических машин

Электрические машины обладают свойством обратимости: каждый электрический генератор может работать в качестве двигателя и наоборот, а в каждом трансформаторе и электромашинном преобразователе электрической энергии направление преобразования энергии может быть изменено на обратное. Однако каждая выпускаемая электромашиностроительным заводом вращающаяся машина обычно предназначается для одного определенного режима работы, например в качестве генератора или двигателя. Точно так же в трансформаторах одна из обмоток предусматривается для работы в качестве приемника электрической энергии (первичная обмотка), а другая (вторичная обмотка) – для отдачи энергии. При этом оказывается возможным наилучшим образом приспособить машину для заданных условий работы и добиться наилучшего использования материалов, т. е. получить наибольшую мощность на единицу массы машины.Высокие энергетические показатели электрических машин, удобство подвода и отвода энергии, возможность выполнения на самые разные мощности, скорости вращения, а также удобство обслуживания и простота управления обусловили повсеместное их широкое распространение. 9-Активный потери и КПД АД. Энергетическая диаграмма потерь АД 9-Энергетическая диаграмма, потери и к.п.д. АД – раздел Электротехника, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Преобразование Активной Мощности В Двигателе Связано С Потерями.

Преобразование активной мощности в двигателе связано с потерями. Они делятся на электрические, магнитные и механические.

Отобразим энергетическую диаграмму двигателя, описывая энергетические процессы, протекающие в двигателе.

– активная мощность, потребляемаядвигателем из сети.

Часть мощности теряется на нагрев обмотки статора . Другая часть мощности рассеивается на магнитные потери в сердечнике статора .Остальная мощность с помощью основного магнитного потока передается из статора в ротор и является электромагнитной мощностью двигателя. Частьэлектромагнитной мощности расходуется на нагрев обмотки ротора. Магнитные потери в сердечнике ротора малы и , а частота . Поэтому магнитные потери в сердечнике ротора не указываются. Часть электромагнитной мощности расходуется на нагрев обмотки ротора. Магнитные потери в сердечнике ротора малы и , а частота . Поэтому магнитные потери в сердечнике ротора не указываются.

– механическая мощность двигателя. Механические потери обусловлены трением вала ротора в подшипниках и сопротивлением воздуха. Уравнение баланса активной мощности имеет вид:

При проектировании и эксплуатации АД представляет интерес соотношение между активной и реактивной мощностями, называемое коэффициентоммощности:

Q₁=const, не зависит от нагрузки Р₁ повышается с повышением нагрузки, а, следовательно, повышается cosφ

10-механическая характеристика ад и ее характерные точки 10Механическая характеристика асинхронного двигателя определяется зависимостью момента сопротивления на валу двигателя от скорости вращения вала при условии, что в каждой точке механической характеристики двигатель работает в установившемся режиме Расчет механической характеристики производится по соотношению 5.2.8, связывающего величину электромагнитного момента и скольжения при заданных параметрах машины, напряжении и частоты питания.

11-устойчивая работа АД

12-влияние напряжения сети на пусковой момент АД

13-влияние активного сопротивления работа не величину пускового момента АД

Принцип – обратимость – электрическая машина

Принцип обратимости электрических машин заключается в следующем. [1]

Согласно принципу обратимости электрических машин Сем. [2]

Источник

Принцип обратимости электрических машин

Правило правой руки.

помещен проводник, сечение которого изображено кружком. Если этот проводник передвигать, например, слева направо, то в нем согласно закону электромагнитной индукции возникнет э. д. с.

Направление наведенной э. д. с. определяется по правилу правой руки, причем следует иметь в виду, что это правило дается для определения направления э. д. с. в проводнике, перемещающемся относительно магнитного поля (рис. 1-3).

Если концы проводника замкнуты на внешнее сопротивление, то по нему пойдет ток, имеющий такое же направление, как и э. д. с. Это направление (от нас) указано крестиком на рис. 1-2.

В результате взаимодействия тока i в проводнике и поля возникнет электромагнитная сила

Отсюда видим, что механическая мощность Fv в нашем элементарном генераторе преобразуется в электрическую мощность ei. Мощность, отдаваемая во внешнюю цепь таким генератором, может быть найдена из уравнения напряжений

где и — напряжение на зажимах внешнего сопротивления;

ir — падение напряжения в проводнике, имеющем сопротивление r.

Умножив это уравнение на i, получим:

где иi — электрическая мощность, отдаваемая проводником во внешнюю цепь (она является частью полной электрической мощности ei, полученной в результате преобразования механической мощности);

i2r — электрические потери в проводнике.

Та же элементарная машина может работать двигателем, т. е. преобразовывать электрическую энергию в механическую. Подведем к проводнику напряжение и так, чтобы ток i в проводнике имел указанное на рис. 1-2 направление. При этом возникнет электромагнитная сила, которая согласно правилу левой руки заставит проводник передвигаться

Правило левой руки.

влево. В проводнике появится э. д. с. e, направленная против тока i и против напряжения и,в чем можно убедиться при помощи правила правой руки. Следовательно, напряжение и должно уравновесить э. д. с. е и падение напряжения в проводнике ir, т. е.

От уравнения напряжений (1-8), умножив его на i, перейдем к уравнению мощностей

В этом уравнении i2r — электрические потери в проводнике, ei — та часть подведенной электрической мощности ui, которая преобразуется в механическую мощность Fэмv, так как, учитывая (1-1) и (1-2), мы можем написать:

ei = Blvi = Fэмv. (1-10)

Приведенные соотношения показывают, что электрическая машина обратима, т. е. может работать и генератором и двигателем.

Принцип обратимости электрических машин был установлен русским академиком Э. X. Лен-цем в 1833 г. Он применим к любой электрической машине.

Таким образом, мы видим, что наличие магнитного поля и проводников, по которым проходит ток, является необходимым условием для работы любой электрической машины. Для усиления магнитного поля применяются ферромагнитные материалы в виде сталей.

При работе электрической машины происходит относительное перемеще-

ние проводников и магнитного поля. Такое перемещение в обычных машинах осуществляется путем вращательного движения (рис. 1-1).

В основе работы трансформатора лежит явление взаимоиндукции. Трансформатор состоит обычно из двух обмоток с разными числами витков. Между обмотками существует магнитная связь; для ее усиления обмотки помещаются на стальном замкнутом магнитопроводе, называемом сердечником трансформатора. Энергия из одной обмотки в другую передается через посредство магнитного поля. Благодаря различию чисел витков обмоток получается трансформирование тока одного напряжения в ток другого напряжения, повышенного или пониженного по сравнению с первым.

Правило Ленца Правило Ленца – правило для определения направления индукционного тока: индукционный ток, возникающий при относительном движении проводящего контура и источника магнитного поля, всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток. Правило правой руки — правило определяющее направление линий магнитной индукции прямолинейного проводника с током: Если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции.
Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки.
Правило левой определяет направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током. Если ладонь левой расположить так, чтобы в нее входили линии индукции магнитного поля, а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на положительный заряд. На отрицательный заряд сила со стороны магнитного поля действует в противоположном направлении.

Правило правой руки
Расположите правую руку так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, а большой палец, отогнутый на 90 градусов показывал направление движения проводника относительно магнитного поля. Тогда ладонь (4 остальные пальца) покажут направление ЭДС.

Принцип обратимости электрических машин

Преобразование активной мощности в двигателе связано с потерями. Они делятся на электрические, магнитные и механические.

Отобразим энергетическую диаграмму двигателя, описывая энергетические процессы, протекающие в двигателе.

– активная мощность, потребляемаядвигателем из сети.

Часть мощности теряется на нагрев обмотки статора . Другая часть мощности рассеивается на магнитные потери в сердечнике статора .Остальная мощность с помощью основного магнитного потока передается из статора в ротор и является электромагнитной мощностью двигателя. Частьэлектромагнитной мощности расходуется на нагрев обмотки ротора. Магнитные потери в сердечнике ротора малы и , а частота . Поэтому магнитные потери в сердечнике ротора не указываются. Часть электромагнитной мощности расходуется на нагрев обмотки ротора. Магнитные потери в сердечнике ротора малы и , а частота . Поэтому магнитные потери в сердечнике ротора не указываются.

– механическая мощность двигателя. Механические потери обусловлены трением вала ротора в подшипниках и сопротивлением воздуха. Уравнение баланса активной мощности имеет вид:

При проектировании и эксплуатации АД представляет интерес соотношение между активной и реактивной мощностями, называемое коэффициентоммощности:

Q₁=const, не зависит от нагрузки Р₁ повышается с повышением нагрузки, а, следовательно, повышается cosφ

10-механическая характеристика ад и ее характерные точки 10Механическая характеристика асинхронного двигателя определяется зависимостью момента сопротивления на валу двигателя от скорости вращения вала при условии, что в каждой точке механической характеристики двигатель работает в установившемся режиме Расчет механической характеристики производится по соотношению 5.2.8, связывающего величину электромагнитного момента и скольжения при заданных параметрах машины, напряжении и частоты питания.

11-устойчивая работа АД

12-влияние напряжения сети на пусковой момент АД

13-влияние активного сопротивления работа не величину пускового момента АД

Источник