Вращающееся магнитное поле

Виды электромеханических устройств

Используют ротор в таких электромеханических устройствах, как двигатели, работающие на постоянном и переменном электрическом токе, генераторы.

Агрегаты, работающие на переменном токе

К таким агрегатам относятся различные электродвигатели. Наиболее распространенная модель данного устройства состоит из следующих частей:

  • Алюминиевый или чугунный ребристый корпус с монтажной коробкой для подключения обмоток статора и ротора;
  • Статор – неподвижная часть в виде полого цилиндра, расположенная внутри корпуса. Обмотка статора состоит из 3 пар расположенных друг напротив друга намотанных в пазы корпуса катушек из медного изолированного провода
  • Цельнометаллический цилиндрический ротор с валом и пазами, в которые впаяны обладающие высокой токопроводящей способностью алюминиевые стержни.

Двигатель, запитываемый от переменного тока

Вращается ротор на двух опорных подшипниках, запрессованных на его валу. Охлаждение работающего на больших оборотах электродвигателя происходит, благодаря крыльчатке – небольшому вентилятору, состоящему из множества лопастей и расположенному на одном из концов вала ротора. Также эффективному охлаждению работающего агрегата способствует ребристая структура алюминиевого корпуса.

Принцип работы подобного двигателя заключается в следующем:

  1. При подключении тока к агрегату он попеременно проходит через одну из трех пар катушек статора.
  2. При протекании по парам статорных катушек электрического тока они создают магнитное поле, силовые линии которого пересекают ротор.
  3. Попеременно запитываемые пары катушек создают подвижное магнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции провоцирует появление в неподвижных металлических стержнях ротора электрического тока.
  4. Индуцированный ток в роторе приводит к появлению силы, выталкивающей его из магнитного поля статора. Так как частота подачи тока на катушки статора в среднем составляет порядка 30 импульсов в секунду, появившаяся в роторе выталкивающая сила приводит к его вращению с большой скоростью.

Важно! В зависимости от одновременности вращения ротора и порождающего это движение магнитного поля электрический двигатель переменного тока может быть синхронный (ротор агрегата вращается синхронно с магнитным полем статора) и асинхронный (вращение якоря не синхронизировано с движением магнитного поля статора). Первый вид отличается высокой мощностью и надежностью, в то время как второй характеризуется большим разнообразием конструкций и областей применения

Машины постоянного тока

Наиболее распространенный электродвигатель постоянного тока щеточного вида представляет собой электрический агрегат, состоящий из:

  • Чугунного корпуса с ребрами охлаждения и специальным монтажным коробом для подключения обмоток агрегата;
  • Вала из прочной инструментальной стали с двумя подшипниками;
  • Якоря, состоящего из сердечника (набора пластин из специальной электротехнической стали), якорной обмотки (размещенных в пазах сердечника катушек из медного провода);
  • Индуктора, состоящего из полюсов возбуждения с намотанными на них катушками из медного провода;
  • Коллектора – расположенных на валу медных пластин, к которым подключаются выводы катушек якорной обмотки;
  • Подпружиненных графитовых или металлографитовых щеток (щеточной группы).

Охлаждается такой двигатель, как и аналог, работающий от переменного тока, – расположенной на валу крыльчаткой.

Двигатель, работающий от постоянного тока

Важно! В отличие от электродвигателя переменного тока частотой вращения ротора в таком силовом агрегате управляет специальный блок, который при помощи установленного на валу датчика Холла определяет положение ротора и его скорость. Работает подобный агрегат следующим образом:. Работает подобный агрегат следующим образом:

Работает подобный агрегат следующим образом:

  1. На обмотку возбуждения подается напряжение, создавая тем самым постоянное магнитное поле;
  2. Через щетки и коллектор напряжение подается на катушки сердечника якоря – возникающее при этом магнитное поле отталкивается от такого же, образованного индуктором, вследствие чего двигатель начинает вращаться («запускается»);
  3. Впоследствии при вращении через щетки запитываются остальные катушки якорной обмотки, что приводит к равномерному вращению якоря с определённой скоростью.

Останавливают вращение такого агрегата прекращением подачи напряжения на щеточную группу.

Помимо описанных выше электромоторов, к машинам, работающим на постоянном токе, относится также роторный стартер – устройство, необходимое для запуска бензиновых и дизельных автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

Эллиптическое магнитное поле

Если возникает асимметрия токов, порождающих магнитное поле или магнитных свойств сердечников катушек, то появляется асимметрия магнитного поля. При этом годограф вектора магнитной индукции покажет эллипс. Эллиптический годограф отвечает сумме пары векторов, имеющих круговые годографы, совершающих вращения в противоположных направлениях.

При совпадении прямого и обратного вращения, годограф вектора магнитной индукции выродится в прямую линию. При этом полученное поле называют пульсирующим.

Круговое магнитное поле можно считать частным случаем эллиптического. Такое становится возможным, если отсутствует одна из фаз.

Сила Лоренца

Сила Лоренца – сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.

Формула для нахождения силы Лоренца:

где ​\( q \)​ – заряд частицы, ​\( v \)​ – скорость частицы, ​\( B \)​ – модуль вектора магнитной индукции, ​\( \alpha \)​ – угол между вектором скорости частицы и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции ​\( B_\perp \)​ входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление скорости положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Лоренца.

Если заряд частицы отрицательный, то направление силы изменяется на противоположное.

Важно!
Если вектор скорости сонаправлен с вектором магнитной индукции, то частица движется равномерно и прямолинейно. В однородном магнитном поле сила Лоренца искривляет траекторию движения частицы

В однородном магнитном поле сила Лоренца искривляет траекторию движения частицы.

Если вектор скорости перпендикулярен вектору магнитной индукции, то частица движется по окружности, радиус которой равен:

где ​\( m \)​ – масса частицы, ​\( v \)​ – скорость частицы, ​\( B \)​ – модуль вектора магнитной индукции, ​\( q \)​ – заряд частицы.

В этом случае сила Лоренца играет роль центростремительной и ее работа равна нулю. Период (частота) обращения частицы не зависит от радиуса окружности и скорости частицы. Формула для вычисления периода обращения частицы:

Угловая скорость движения заряженной частицы:

Важно!
Сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца изменяется направление скорости частицы

Если вектор скорости направлен под углом ​\( \alpha \)​ (0° < \( \alpha \) < 90°) к вектору магнитной индукции, то частица движется по винтовой линии.

В этом случае вектор скорости частицы можно представить как сумму двух векторов скорости, один из которых, ​\( \vec{v}_2 \)​, параллелен вектору \( \vec{B} \), а другой, \( \vec{v}_1 \), – перпендикулярен ему. Вектор \( \vec{v}_1 \) не меняется ни по модулю, ни по направлению. Вектор \( \vec{v}_2 \) меняется по направлению. Сила Лоренца будет сообщать движущейся частице ускорение, перпендикулярное вектору скорости \( \vec{v}_1 \). Частица будет двигаться по окружности. Период обращения частицы по окружности – ​\( T \)​.

Таким образом, на равномерное движение вдоль линии индукции будет накладываться движение по окружности в плоскости, перпендикулярной вектору \( \vec{B} \). Частица движется по винтовой линии с шагом ​\( h=v_2T \)​.

Важно!
Если частица движется в электрическом и магнитном полях, то полная сила Лоренца равна:

Особенности движения заряженной частицы в магнитном поле используются в масс-спектрометрах – устройствах для измерения масс заряженных частиц; ускорителях частиц; для термоизоляции плазмы в установках «Токамак».

Алгоритм решения задач о действии магнитного (и электрического) поля на заряженные частицы:

  • сделать чертеж, указать на нем силовые линии магнитного (и электрического) поля, нарисовать вектор начальной скорости частицы и отметить знак ее заряда;
  • изобразить силы, действующие на заряженную частицу;
  • определить вид траектории частицы;
  • разложить силы, действующие на заряженную частицу, вдоль направления магнитного поля и по направлению, ему перпендикулярному;
  • составить основное уравнение динамики материальной точки по каждому из направлений разложения сил;
  • выразить силы через величины, от которых они зависят;
  • решить полученную систему уравнений относительно неизвестной величины;
  • решение проверить.

Электродвигатели переменного тока

Электрические двигатели переменного тока нашли широкое применение в приводах любых устройств. Чаще всего принято различать два вида данных электрических двигателей (в зависимости от разности между скоростью вращения статора и частотой вращения ротора) – синхронные и асинхронные электродвигатели. Рассмотрим их подробнее.

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные электрические двигатели приобрели высокую популярность вследствие своей простоты и незначительной цены. Главным отличием данного типа электрических двигателей является наличие эффекта скольжения. Под ним понимается разница между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электродвигателя и скорость вращения ротора.

 На рисунке приведена конструкция асинхронного электрического двигателя. Напряжение на роторе формируется благодаря переменному магнитному полю обмоток статора электродвигателя. В результате процесса вращения происходит взаимодействие поле подвижной и неподвижной частей устройства, которое имеет место вследствие воздействия возникших вихревых токов.

Асинхронные электрические двигатели классифицируются в зависимости от обмоток неподвижной части следующим образом:

— однофазные асинхронные электродвигатели;

 — двухфазные асинхронные электродвигатели;

— трех- и многофазные асинхронные электрические двигатели.

В зависимости от конструкции подвижной части асинхронные электродвигатели разделяются на электродвигатели с короткозамкнутым ротором и электродвигатели с фазным ротором.

Синхронные электродвигатели

На рисунке приведена конструкция синхронного электрического двигателя.

По аналогии с асинхронными электрическими двигателями, процесс вращения ротора связан со взаимодействием магнитных полей в самом роторе и статоре. Скорость вращения подвижной части данного электрического двигателя напрямую зависит от частоты поля, которое формируется обмотками неподвижной части двигателя.

Каждая из обмоток неподвижной части электродвигателя питается напряжением от трехфазного источника. К электрическим магнитам подвижной части прикладывается постоянное напряжение. Процедура запуска двигателя и его разгона происходит в асинхронном режиме, для чего на подвижной части имеется одна специальная обмотка. Постоянное напряжение необходимо подавать только после того, как подвижная часть разгонится до номинальной частоты при асинхронном режиме работы.

Универсальные двигатели

Существует также отдельная группа электродвигателей, в которую относятся так называемые универсальные электрические двигатели, которые могут работать как от источников переменного, так и от источников постоянного напряжения. Конструктивно данные устройства очень похожи на электродвигатели, работающие от источников постоянного напряжения. Основное отличие заключается в конструкции магнитной системы и обмоток подвижной части электродвигателя.

Каждая разновидность электродвигателя обладает свои набором плюсов и минусов. Для того, чтобы сделать грамотный выбор необходимого электродвигателя, необходимо учитывать условия эксплуатации, необходимую частоту вращения ротора, тип нагрузки и многие другие характеристики.

Внешние ссылки [ править ]

  • Вращающееся магнитное поле : интерактивная лекция
  • Анимация вращающегося поля (видео на YouTube)
  • « Вращающиеся магнитные поля ». Комплексное издательское дело.
  • « Асинхронный двигатель — вращающиеся поля ».

Патенты править

  • Патент США 0,381,968 , Тесла, «Электромагнитный двигатель».
  • Патент США 3935503 , Ресс, «Ускоритель частиц».
vтеНикола Тесла
Карьера и изобретения
  • Патенты
  • Увеличительный передатчик
  • Плазменная лампа
  • Полифазная система
  • Безколлекторный асинхронный двигатель переменного тока
  • Экспериментальная станция Тесла
  • Teleforce
  • Телегеодинамика
  • Катушка Тесла
    • история
    • Беспроводное питание
    • Резонансная индуктивная связь
  • Радиоуправление
  • Турбина тесла
  • Осциллятор Теслы
  • Клапан тесла
  • Трехфазная электрическая мощность
  • Башня Ворденклиф
  • Tesla Electric Light и производство
Сочинения
  • Изобретения, исследования и труды Николы Теслы
  • Записки Колорадо-Спрингс, 1899–1900 гг.
  • « Фрагменты олимпийских сплетен »
  • Мои изобретения: автобиография Николы Теслы
Другой
  • Война течений
  • Westinghouse Electric
  • Мировая беспроводная система
  • В популярной культуре
Связанный
  • Музей Николы Теслы
  • Мемориальный центр Николы Теслы
  • Научный центр Тесла в Уорденклиффе
  • Премия IEEE Николы Тесла
  • Премия Tesla Satellite
  • Белград Никола Тесла Аэропорт
  • Нью-Йоркер Отель
  • Тайна Николы Теслы (фильм 1980 года)
  • Тесла — Молния в руке (опера 2003 г.)
  • Престиж (фильм, 2006)
  • Башня людям (документальный фильм, 2015 г.)
  • Тесла (фильм, 2016)
  • The Tesla World Light (фильм, 2017)
  • Текущая война (фильм, 2019)
  • « Ночь ужаса Николы Теслы » (сериал 2020 года)
  • Тесла (фильм 2020 года)
  • Тесла: Человек вне времени
  • Волшебник: жизнь и времена Николы Теслы
  • Человек, который изобрел двадцатый век
  • Производная единица СИ
  • Лунный кратер
  • Астероид

Подробнее о то, как создать электромагнит

Довольно легко построить электромагнит. Все, что вам нужно сделать, это обернуть несколько витков изолированных медных проводов вокруг железного сердечника. Если вы присоедините батарею к проводу, электрический ток начнет течь, и железный сердечник станет намагниченным. Когда аккумулятор отсоединен, железный сердечник потеряет свой магнетизм. Выполните следующие шаги, если хотите построить электромагнит, описанный в нашем эксперименте « Магниты и электромагниты» :

Шаг 1 – Соберите материалы

Чтобы построить электромагнит, описанный в нашем эксперименте « Магниты и электромагниты» , вам понадобятся:

Один железный гвоздь длиной 15 сантиметров. Три метра изолированного многожильного медного провода. Одна или несколько батареек D-cell.

Шаг 2 – Удалите часть изоляции

Медная проволока должна быть выставлена ​​так, чтобы батарея могла хорошо подключиться к электросети. Используйте пару проводов для удаления нескольких сантиметров изоляции с каждого конца провода.

Шаг 3 – Оберните провод вокруг гвоздя

Аккуратно оберните провод вокруг гвоздя. Чем больше проволоки вы обернете вокруг гвоздя, тем сильнее будет ваш электромагнит. Убедитесь, что вы оставили достаточно разматываемого провода, чтобы вы могли прикрепить аккумулятор.

Провод обернут вокруг гвоздя, чтобы создать электромагнит.

Когда вы обматываете провод вокруг гвоздя, убедитесь, что вы делаете это в одном направлении. Вам нужно это сделать, потому что направление магнитного поля зависит от направления создаваемого им электрического тока. Движение электрических зарядов создает магнитное поле. Если бы вы могли видеть магнитное поле вокруг провода, на котором протекает электричество, это было бы похоже на серию кругов вокруг провода. Если электрический ток течет прямо к вам, созданное им магнитное поле крутится вокруг провода против часовой стрелки. Если направление электрического тока отменяется, магнитное поле также меняет направление и направляет провод по часовой стрелке. Если вы оберните часть провода вокруг гвоздя в одном направлении, а часть провода – в другом направлении,

Магнитное поле вокруг токопроводящей проволоки.

Шаг 4 – Подключите аккумулятор

Прикрепите один конец провода к положительной клемме аккумулятора, а другой конец провода – к отрицательной клемме аккумулятора. Если все пошло хорошо, ваш электромагнит теперь работает!

Не беспокойтесь о том, какой конец провода вы прикрепляете к положительной клемме аккумулятора, а какой – к отрицательной клемме. Ваш магнит будет работать так же хорошо, как и в любом случае. Что изменит полярность вашего магнита. Один конец вашего магнита будет его северным полюсом, а другой конец будет его южным полюсом. Реверсируя способ подсоединения аккумулятора, вы можете перевернуть полюсы вашего электромагнита.

Советы по усилению вашего электромагнита

Чем больше оборотов провода у вашего магнита, тем лучше. Имейте в виду, что чем дальше провод от ядра, тем менее эффективным он будет.

Чем больше тока проходит через провод, тем лучше

Внимание! Слишком много тока может быть опасным! Когда электричество проходит через провод, часть электрической энергии преобразуется в тепло. Чем больше ток течет через провод, тем больше тепла генерируется

Если вы удвоите ток, проходящий через провод, генерируемое тепло увеличится в 4 раза ! Если вы утроите ток, проходящий через провод, вырабатываемая теплота увеличится в 9 раз ! Вещи могут быстро стать слишком горячими для обработки.

Попробуйте экспериментировать с разными ядрами. Более толстая сердцевина может создать более мощный магнит. Просто убедитесь, что материал, который вы выберете, может быть намагничен. Вы можете проверить свое ядро ​​с помощью постоянного магнита. Если постоянный магнит не притягивается к вашему ядру, он не станет хорошим электромагнитом. Например, алюминиевый стержень не является хорошим выбором для сердечника вашего магнита.

36) Устройство и принцип действия, области применения электрических машин постоянного тока(мпт)

МПТ
состоит из неподвижной части, в которой
возбуждается главное магнитное поле,
и вращающейся части, в которой индуктируется
э.д.с. Токи от этой э.д.с., взаимодействуя
с главным магнитным полем, создают
момент (в двигательном режиме он является
вращающим, в генераторном – тормозным).

Неподвижная
часть состоит из станины и полюсов,
которые к ней крепятся. Полюса
подразделяются на главные, в которых
возбуждаются основной магнитный поток,
и добавочные, которые устанавливаются
в целях улучшения коммутации машины.

Принцип
действия

Машина
постоянного тока может работать в двух
режимах: двигательном и генераторном,
в зависимости от того, какую энергию к
ней подвести — если электрическую, то
электрическая машина будет работать в
режиме электродвигателя, а если
механическую — то будет работать в
режиме генератора. Однако электрические
машины, как правило, предназначены
заводом изготовителем для одного
определенного режима работы — или в
режиме генератора, или электродвигателя.

Область
применения

Электрические
Машины постоянного тока используют как
в качестве генератора, так и вкачестве
двигателя. Наибольшее применение
получили двигатели постоянного тока:

Они широко используются для привода
подъёмных средств в качестве крановых
двигателей.

Приводом транспортных средств в качестве
тяговых двигателей.

Для привода устройств автоматики.

Для привода прокатных станов.

Для привода штатных подъёмников.

Условия
получения:

1)
наличие не менее двух обмоток;

2)
токи в обмотках должны отличаться по
фазе

3)
оси обмоток должны быть смещены в
пространстве.

В
трёхфазной машине при одной паре полюсов
(р=1) оси обмоток должны быть смещены в
пространстве на угол 120°, при двух парах
полюсов (р=2) оси обмоток должны быть
смещены в пространстве на угол 60° и т.д.

Рассмотрим
магнитное поле, которое создаётся с
помощью трёхфазной обмотки, имеющей
одну пару полюсов (р=1). Оси обмоток фаз
смещены в пространстве на угол 120° и
создаваемые ими магнитные индукции
отдельных фаз (BA, BB, BC) смещены в пространстве
тоже на угол 120°.

Магнитные
индукции полей, создаваемые каждой
фазой, как и напряжения, подведённые к
этим фазам, являются синусоидальными
и отличаются по фазе на угол 120°.

5.18.5 Сельсины

Представим себе два асинхронных двигателя с фазным
ротором включенным последующей схеме (рис. 5.18.5.1). Обмотки статора С1,
С2, С3, называемые обмотками возбуждения, включены в общую
сеть трехфазного тока.

Обмотки ротора P1, P2, P3
объединены трехпроводниковой линией связи. Магнитные потоки обмоток возбуждения
при q1=q2 наводят в соответствующих
обмотках роторов равные и совпадающие по фазе ЭДС.

Если ротор двигателя Д1 повернуть на угол q1,
а ротор Д2 оставить на месте (q2=0), то в фазных обмотках
ротора двигателя Д2 будет наведена ЭДС E2>E1. В результате
в линии связи потечет ток DI от большего потенциала к меньшему.


,

где 2z — сумма сопротивлений обмоток роторов и линии связи.

Этот ток, пройдя по обмоткам роторов, взаимодействуя
с магнитными полями статоров, вызовет образование дополнительных вращающих моментов
DM. Поскольку направление момента DМ в каждом двигателе
будет свое, то в одном из них произойдет поворот ротора вправо (у двигателя
Д2), а у другого — влево (у двигателя Д1).

Следовательно, оба двигателя самостоятельно (синхронно)
придут в положение (q1=q2).
Такая система получила название синхронно-следящей.

Практическое использование эта система получила
в многоприводных механизмах (конвейерах, козловых кранах и т.п.).

В автоматике применяются так называемые сельсины.
Это маломощные асинхронные машины с однофазным статором и трехфазным ротором.

Сельсины применяются для целей измерения или определения
угла, на который повернулся определенный механизм.

В сельсинной передаче всегда используются две машины:
сельсин-датчик и сельсин-приемник.

Обмотки возбуждения бывают обычно однофазные и
располагаются на явновыраженных полюсах. Число полюсов всегда два. Обмотки синхронизации
— трехфазные, размещаются в пазах ротора и оканчиваются тремя контактными кольцами
(рис. 5.18.5.2).

В отличие от силовых синхронно-следящих систем,
поворот ротора сельсина-датчика осуществляется принудительно, а ротор сельсина-приемника
приходит в движение автоматически. Поворот ротора фиксируется индикаторной стрелкой.

При наличии однофазных обмоток возбуждения на статоре
поворот ротора сельсина-датчика может осуществляться в любую сторону, т.к. пульсирующее
магнитное поле статора обеспечивает для этого необходимые условия.

Помимо приведенного индикаторного режима, сельсины
могут работать и в так называемом трансформаторном режиме.

В этом случае сельсин-приемник, не только показывает
угол рассогласования q, но и вырабатывает электрический сигнал
для управления мощным механизмом

5.1. общие сведения и конструкция асинхронного двигателя

Понятие асинхронной машины
связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты
вращения магнитного поля статора.

Буква «а» здесь
играет как бы роль отрицания или нестрогого следования ротора за синхронно вращающимся
магнитным полем статора.

Создателем этой простой
по конструкции, но удобной и надежной в работе машины является русский инженер
М.О. Доливо-Добровольский. Асинхронный двигатель, впервые разработанный в 1889
году, практически не подвергся серьезным изменениям до наших дней.

В основу конструкции асинхронного
двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока принадлежащее
этому же автору.

Переменный ток, подаваемый
в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное
поле.

Основными конструктивными
элементами асинхронного двигателя являются неподвижный статор и подвижный ротор
(рис. 5.1.1). Статор и ротор разделены воздушным зазором от 0,1 мм до 1,5 мм.
Пакет статора c целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных
листов электротехнической стали. На внутренней полости статора имеются пазы,
в которые укладываются провода обмотки. Листы статора перед сборкой в пакет
изолируют слоем лака или окалины, полученной при их отжиге.

В пазы статора укладывают
обмотку, которая в простейшем случае состоит из трех катушек — фаз, сдвинутых
в пространстве на 120 эл. градусов. Ротор асинхронного двигателя представляет
собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали. На
поверхности ротора имеются продольные пазы для обмотки. Листы сердечника ротора
специально не изолируют, т.к. в большинстве случаев достаточно изоляции от окалины.

В зависимости от типа обмотки
роторы двигателей обычного исполнения делятся на короткозамкнутые и фазные.

Обмотка короткозамкнутого
ротора представляет собой медные стержни, забитые в пазы. С двух сторон эти
стержни замыкаются кольцами. Соединения стержней с кольцами осуществляется пайкой
или сваркой (рис. 5.1.2).

Чаще всего короткозамкнутую
обмотку выполняют расплавленным, алюминием и литьем под давлением. При этом
вместе со стержнями и кольцами отливаются и лопатки вентилятора.

Двигатели большой мощности
имеют на роторе фазную обмотку. Конструкция ее аналогична обмотке статора. Концы
этой обмотки выведены на контактные кольца. С помощью этих колец и токосъемных
щеток к обмотке ротора подключают дополнительные сопротивления.

5.11. МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

В последнем выражении для M1 единственным переменным параметром является скольжение S. Зависимость
М=f(S) получило название механической характеристики двигателя (рис. 5.11.1).

В момент пуска двигателя, когда n2=0, скольжение S=1, тогда:


.

Под действием момента Mn ротор придет во вращение. В дальнейшем скольжение будет уменьшаться,
а вращающий момент увеличиваться. При скольжении Sкр он достигает максимального
значения Mmax.. Величина критического скольжения


.

Тогда, подставив его значение в формулу для М, получим:


.

Дальнейший разгон двигателя
будет сопровождаться уменьшением скольжения и, вместе с тем уменьшением вращающего
момента. Равновесие наступит, когда величине вращающего момента будет противостоять
тормозной момент, вызванный нагрузкой.

При номинальной нагрузке будут номинальный вращающий момент Мн и номинальное скольжение Sн.

Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной способностью двигателя.


.

Обычно она составляет величину от 1,7 до 2,5.

Отношение пускового момента к номинальному называется кратностью пускового момента


.

Эта величина может быть меньше единицы (например, 0,8) и больше ее (до 1,2). При меньшей кратности двигатель
следует включать в работу без нагрузки, и лишь после разгона подается нагрузка.
Двигатель с кратностью Кп.м.>1 можно включать в сеть с полной нагрузкой.

5.15. ДВУХФАЗНЫЙ КОНДЕНСАТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Двухфазный конденсаторный
двигатель имеет на статоре две обмотки ОВ и ОУ, рассчитанные на длительное протекание
тока. Обмотки располагаются в пространстве под углом 90 эл. градусов), а последовательно
одной из них включают конденсатор С.

Двухфазный конденсаторный
двигатель переменного тока обладает вращающимся магнитным полем (правда, не
круговым, а эллиптическим). Поэтому он не нуждается в специальных пусковых устройствах
(рис. 5.15 1.).

Двухфазный асинхронный
двигатель, в отличие от трехфазного, имеет возможность плавного регулирования
частоты вращения ротора.

Делается это одним из двух
способов: амплитудным (изменением напряжения Uy) и фазным (изменением емкости
конденсатора С).

Двухфазные двигатели получили
широкое распространение в бытовых приборах и лабораторной практике.

В отличие от рассмотренных
выше типов двигателей, интересен двигатель с полым ротором. Он имеет два статора,
между которыми располагается ротор (рис. 5.15.2.).

Наружный статор 1 имеет
обычно конструкцию с двухфазной обмоткой 4. Фазные обмотки сдвинуты в пространстве
относительно друг друга на 90°. Внутренний статор 3 представляет
собой пакет электротехнической стали без обмотки. В воздушном зазоре между
статорами помещен ротор двигателя 2, который не имеет обмотки и выполнен в виде
стакана с тонкими стенками из немагнитного материала (алюминия). Посредством
втулки 6 ротор укреплен на валу двигателя 5. Такая конструкция обеспечивает
ему незначительную инерцию и делает двигатель чувствительным даже к небольшим
импульсам (сигналам) тока. Этому также способствует наличие второго статора,
который уменьшает сопротивление магнитной цепи. Одна из фаз обмоток статора
включается на напряжение сети Uс, другая является управляющей обмоткой.
Когда напряжение на ней отсутствует, ротор неподвижен. С появлением управляющего
сигнала Uу достаточной величины статор создает двухфазное вращающееся
поле, и двигатель развивает вращающий момент, величина которого пропорциональна
Uc.

Работа этого двигателя
основана на взаимодействии магнитного поля статора с вихревыми токами, наведенными
на поверхность полого ротора.

Машины с полым ротором
весьма чувствительны к изменениям напряжения сигнала и его продолжительности,
что дает возможность применять их в качестве исполнительных двигателей.

Сила Ампера

Сила Ампера – сила, которая действует на проводник с током, находящийся в магнитном поле.

Закон Ампера: на проводник c током силой ​\( I \)​ длиной ​\( l \)​, помещенный в магнитное поле с индукцией ​\( \vec{B} \)​, действует сила, модуль которой равен:

где ​\( \alpha \)​ – угол между проводником с током и вектором магнитной индукции ​\( \vec{B} \)​.

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции ​\( B_\perp \)​ входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера.

Сила Ампера не является центральной. Она направлена перпендикулярно линиям магнитной индукции.

Сила Ампера широко используется. В технических устройствах создают магнитное поле с помощью проводников, по которым течет электрический ток. Электромагниты используют в электромеханическом реле для дистанционного выключения электрических цепей, магнитном подъемном кране, жестком диске компьютера, записывающей головке видеомагнитофона, в кинескопе телевизора, мониторе компьютера. В быту, на транспорте и в промышленности широко применяют электрические двигатели. Взаимодействие электромагнита с полем постоянного магнита позволило создать электроизмерительные приборы (амперметр, вольтметр).

Простейшей моделью электродвигателя служит рамка с током, помещенная в магнитное поле постоянного магнита. В реальных электродвигателях вместо постоянных магнитов используют электромагниты, вместо рамки – обмотки с большим числом витков провода.

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

где ​\( N \)​ – механическая мощность, развиваемая двигателем.

Коэффициент полезного действия электродвигателя очень высок.

Алгоритм решения задач о действии магнитного поля на проводники с током:

  • сделать схематический чертеж, на котором указать проводник или контур с током и направление силовых линий поля;
  • отметить углы между направлением поля и отдельными элементами контура;
  • используя правило левой руки, определить направление силы Ампера, действующей на проводник с током или на каждый элемент контура, и показать эти силы на чертеже;
  • указать все остальные силы, действующие на проводник или контур;
  • записать формулы для остальных сил, упоминаемых в задаче. Выразить силы через величины, от которых они зависят. Если проводник находится в равновесии, то необходимо записать условие его равновесия (равенство нулю суммы сил и моментов сил);
  • записать второй закон Ньютона в векторном виде и в проекциях;
  • решить полученную систему уравнений относительно неизвестной величины;
  • решение проверить.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Грэм, Фрэнк Дункан (1921). Руководство Audels для инженеров и механиков . Нью-Йорк: ТЕО. AUDEL & CO. Стр. 594.
  2. ^ a b Эпоха беспроводной связи . 6 . Нью-Йорк: Macroni Pub. Corp’n. Октябрь 1918. С. 18–19.
  3. Перейти ↑ Carlson, W. Bernard (2013). Тесла: изобретатель эпохи электричества . Издательство Принстонского университета. С. 52–54. ISBN 978-1400846559.
  4. Перейти ↑ Carlson, W. Bernard (2013). Тесла: изобретатель эпохи электричества . Издательство Принстонского университета. п. 55. ISBN 978-1400846559.
  5. ^ Бэббидж, C .; Гершель, JFW (январь 1825 г.). «Отчет о повторении экспериментов М. Араго с магнетизмом, проявляемым различными веществами во время акта вращения» . Философские труды Королевского общества . 115 : 467–496. Bibcode1825RSPT..115..467B . DOI10,1098 / rstl.1825.0023 . Проверено 2 декабря 2012 года .
  6. ^ Томпсон, Сильванус Филлипс (1895). Многофазные электрические токи и двигатели переменного тока (1-е изд.). Лондон: E. & FN Spon. п. 261 . Проверено 2 декабря 2012 года .
  7. ^ Бэйли, Вальтер (28 июня 1879). «Режим производства вращения Араго» . Философский журнал . Тейлор и Фрэнсис. 3 (1): 115–120. Bibcode1879PPSL …. 3..115B . DOI10.1088 / 1478-7814 / 3/1/318 .
  8. ^ Vučković, Vladan (ноябрь 2006). «Толкование открытия» . Сербский журнал инженеров-электриков . 3 (2) . Проверено 10 февраля 2013 года .
  9. ^ Хьюз, Томас Парк (1983). Сети власти: электрификация в западном обществе, 1880-1930 гг . Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 117.
  10. ^ О’Нил, Джон. Блудный гений: жизнь Николы Теслы . С. 55–58.
  11. Энциклопедия Американа: Мейер в Наву . 12 . Данбери, Коннектикут: Scholastic Library Pub. 2006. с. 558.
  12. ^ Соединенные Штаты, Бюро военно-морского персонала (1945). Перспективные работы в области авиационного электричества . Вашингтон: Правительство США. Распечатать. Выключенный. С. 149–150.
  13. ^ Производство вращающегося магнитного поля , | electricaleasy.com

Эта статья включает текст из публикации, которая сейчас находится в свободном доступе : The Wireless Age . Нью-Йорк, Marconi Pub. Корпорация. 1918 г.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Editor
Editor/ автор статьи

Давно интересуюсь темой. Мне нравится писать о том, в чём разбираюсь.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Подвесные работы
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector