Электрические машины постоянного и переменного тока — их уникальные особенности работы и широкий спектр применения

Электрические машины широко используются в различных областях промышленности и быта. Они служат для преобразования электрической энергии в механическую, обеспечивая работу различного рода устройств. В данной лекции рассматриваются два основных типа электрических машин: машины постоянного и переменного тока.

Машины постоянного тока основаны на явлении электромагнитной индукции, в котором магнитное поле вращается с постоянной скоростью. В этом типе машин якорь, находящийся в магнитном поле, вращается под воздействием возникающего электромагнитного поля. Этот тип машин обладает наибольшим моментом вращения и может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Машины переменного тока, также известные как асинхронные машины, работают на принципе электромагнитной индукции. Они имеют два основных магнитных поля: одно вращающееся (роторное), а другое неподвижное (статорное). При включении машины возникают электромагнитные процессы, в результате чего момент машины плавно возрастает, что обеспечивает механическую работу. Машины переменного тока наиболее распространены в промышленности и служат для привода различных механизмов.

Для работы электрических машин необходимо управление и регулирование. Для этой цели используются различные устройства, такие как стартерное реле, проводники, реостаты и дополнительные шестерни. Для правильного функционирования машины, между ее витками должен быть определенный зазор, который может регулироваться. Также, возбуждение поля машины регулируется с помощью специальных устройств, которые формируют электромагнитные поля различной величины.

ЛЕКЦИЯ 16. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Машины постоянного тока конструктивно подразделяются на два типа: машины смешанного возбуждения и машины с искрением. В этой лекции мы рассмотрим особенности работы и применение машин постоянного тока.

Двигатель постоянного тока настоящее устройство, где механическая работа совершается благодаря магнитному полю, созданному магнитной обмоткой. В этом процессе ключевую роль играют проводники, которые могут пересекать магнитные силовые линии.

Магнитное поле в машинах постоянного тока возбуждается при помощи реле, которое включает обмотку возбуждения в том же магнитном контуре, что и рабочая обмотка. Это позволяет регулировать приведенную к контуру силу возбуждения и, следовательно, момент на валу машины.

Машины смешанного возбуждения

Машины смешанного возбуждения имеют две секции — статорную и роторную. Магнитное поле в статорной секции постоянно, а в роторной секции изменяется в зависимости от положения вала. Такой тип машины позволяет получить хорошие стартерные и характеристики холостого хода.

Для получения постоянного магнитного поля в машинах смешанного возбуждения, чаще всего применяют механическую схему возбуждения, где обмотка возбуждения подключена последовательно к обмотке статора.

Машины с искрением

Машины с искрением имеют одну магнитную обмотку, которая служит и для возбуждения и для создания рабочего магнитного поля. При помощи реостата можно регулировать силу тока возбуждения и, следовательно, момент на валу машины.

Машины с искрением позволяют регулировать момент на валу при помощи изменения силы тока в магнитной обмотке, а также имеют возможность регулировать скорость вращения при помощи изменения силы тока в рабочей обмотке.

Возбуждение машин с искрением выполняется механически, приводя контур обмотки в двух точках в нейтрали. Это позволяет получить постоянное магнитное поле при любом положении ротора.

Устройство машин постоянного тока

Статор и якорь

Одной из основных частей машины постоянного тока является статор – неподвижная часть машины, вокруг которой размещены проводники. Якорь – это вращающаяся часть машины, которая совершает движение внутри статора. Якорь состоит из проводников и обмотки, индукцией в которой создается магнитное поле.

Коллектор и щетки

Машина постоянного тока имеет коллектор и щетки, которые играют важную роль в процессе работы. Коллектор представляет собой систему контактов, на которых возникает контакт с проводниками якоря. Щетки – это дополнительные части машины, которые обеспечивают передачу электрического тока от внешнего источника питания к коллектору.

Магнитное поле и изменения

Основу работы машины постоянного тока составляет создаваемое магнитное поле. Это поле возникает благодаря току, который индуктируется в обмотке якоря при его вращении. Изменение магнитного поля происходит в результате включения и выключения проводников якоря в магнитное поле статора.

Для достижения наилучших рабочих характеристик машины, таких как плавный бросок, пусковой момент, промежуточное время и прочие параметры, применяется возбуждение машин постоянного тока. Возбуждение – это процесс подачи электрического тока на обмотку якоря или на дополнительные обмотки статора с целью создания магнитного поля.

Как следствие возбуждения, машина приобретает определенные характеристики работы, такие как мощность, которая выражается в изменении магнитного поля и перетоке постоянного тока. Комбинируя различные значения возбуждения и подбирая соответствующие параметры машин, можно добиться необходимого режима работы.

Таким образом, устройство машин постоянного тока включает в себя различные части, каждая из которых играет важную роль в преобразовании электрической энергии в механическую. Совокупность этих частей обеспечивает надежную работу машины и ее применение в различных областях промышленности и быта.

Постоянный ток: принцип работы

Основная часть постоянного тока возникает вследствие действия генератора на машины постоянного тока, в которых якорь является рабочей частью. Якорь вращается в магнитном поле статора, состоящего из нескольких секций, образующих одну или несколько пар полюсов. Путем ввода электрической энергии машины промежуточное звено (механическая передача) преобразует энергию вращения якоря в электрическую энергию.

При возбуждении машины постоянного тока, процесс преобразования электрической энергии в механическую осуществляется с помощью электродвигателя вращения якоря машины, либо вспомогательного электродвигателя.

ПТ в основе своей образует некую путевку, или пусковую кривую возбуждения машины. Она представляет из себя график зависимости момента, развиваемого двигателя, от тока обмотки возбуждения. Отметим, что каждая возможная секция асинхронных машин имеет свою характеристику, а именно характеристику момента против скорости вращения якоря.

Для переключения электрической схемы постоянного тока между двумя или более различными полюсами существуют устройства переключения – реле или контакторы, которые снимают с якоря машины и на его место подают другие обмотки или пары колец.

Также следует отметить, что у ПТ есть два типа схемирования: это параллельное и последовательное. Возникающие при этом изменения частоты вращения якоря являются естественной характеристикой электродвигателя постоянного тока.

Постоянный ток: особенности механизма

Одна из главных особенностей работы постоянного тока заключается в возможности изменения момента на рабочей оси. Это достигается путем изменения магнитного поля обмотки якоря и его взаимодействия с другими частями двигателя. То есть, для увеличения или уменьшения момента вращения, изменяется силовое воздействие магнитного поля в определенных точках двигателя или обмоток.

Особенность работы постоянного тока заключается в том, что магнитное поле якоря и полюсов двигателя постоянное. Это позволяет поддерживать постоянство магнитного потока, что в свою очередь способствует более стабильной работе механизма.

Интересно отметить, что в электрических машинах постоянного тока можно использовать различные способы изменения момента вращения. Например, управление моментом осуществляется путем изменения величины тока в обмотках якоря или изменением направления тока в обмотках.

Для подсоединения обмоток якоря машины постоянного тока используется специальное устройство — коллектор. Он состоит из нескольких щеток, которые пересекаются с поверхностью обмотки якоря и снимают с нее ток. В данной конфигурации, обмотка якоря является внешней. На внутренней обмотке находятся полюсы машины — это катушки, создающие магнитное поле.

Таким образом, работа постоянного тока в машинах основана на взаимодействии обмоток, магнитного поля и механической части устройства. Управление моментом и мощностью осуществляется путем изменения величины электрического тока в обмотке якоря, а также направления тока в обмотках и полюсах машины.

Преимущества машин постоянного тока

Машины постоянного тока имеют ряд преимуществ перед машинами переменного тока. Они широко применяются в генераторах и электродвигателях благодаря своим особенностям работы.

Первое преимущество – это возможность плавного пуска и остановки машины. Благодаря механической муфте, на валу машины можно установить пусковой ротор с шестерней. При пуске машины с помощью реле или ключа, механическая муфта включает шестерню, и машина начинает постепенно набирать обороты. Плавное включение и выключение способствуют плавному изменению характеристики машины и предотвращают резкие процессы передачи механической энергии.

Второе преимущество – это возможность регулирования обмоток. Включение или снятие обмоток на якоре машины позволяет изменять магнитное поле и характеристики машины. Это особенно важно для работы генераторов, где можно изменять напряжение и ток в зависимости от потребности.

Третье преимущество – это возможность регулирования энергии в холостом режиме. В машинах постоянного тока можно регулировать зазор между статором и ротором, что позволяет регулировать поток магнитной энергии в маховике. Это особенно полезно при движении машин в холостом режиме.

Четвёртое преимущество состоит в том, что каждая секция обмоток находится на своей части якоря, что позволяет регулировать энергию вращения. Каждая секция имеет свою кривую изменения магнитного поля, которая зависит от тока в обмотке. В результате, можно регулировать скорость и мощность машины, а также использовать различные режимы работы.

Пятое преимущество – это возможность снятия энергии с машин постоянного тока. В генераторах постоянного тока можно использовать генерированный ток и напряжение для подачи энергии в сеть или для питания других устройств. Возможность снятия энергии является важной особенностью работы этих машин.

Все эти преимущества машин постоянного тока делают их незаменимыми в различных областях промышленности, где требуется точное управление энергией и регулирование различных параметров работы.

Применение машин постоянного тока

Выражение магнитного поля

Основой работы машин постоянного тока является создание магнитного поля в зазоре между статором и ротором. Постоянность магнитного поля определяется конструктивно, с помощью постоянных магнитов или возбуждения обмоток статора. При этом ротор, обмотки которого подаются постоянным напряжением, будет смещаться под воздействием магнитного поля и начнет вращаться.

Двигатель или генератор

Машины постоянного тока могут использоваться как двигатели или генераторы. В режиме работы в качестве двигателя, энергия подается на обмотки ротора для создания вращения. В режиме работы в качестве генератора, машина превращает механическую энергию в электрическую.

Пусковые и синхронные машины

В зависимости от способов создания магнитного поля, машины постоянного тока могут быть пусковыми или синхронными. Пусковые машины имеют возбудительные обмотки, которые создают вращающее магнитное поле. Синхронные машины работают с постоянными магнитами и обеспечивают синхронное вращение ротора и статора.

Характеристикой машин постоянного тока является зависимость момента вращения от напряжения и тока. Последняя называется характеристикой машины. Чтобы получить характеристику, также называемую геометрической характеристикой машины, следует измерить напряжение и ток при холостом ходе и в моменте максимального потребления. Здесь важно отметить, что при вводе электродвигателя в состояние холостого хода необходимо использовать специальный ключ, чтобы избежать искрения контактов.

Машины постоянного тока применяются в различных сферах и выполняют различные функции. Их использование в энергетике, транспорте и промышленности позволяет осуществлять эффективное и точное выполнение задач, связанных с преобразованием энергии.

Переменный ток: принцип работы

Основной принцип работы электрических машин переменного тока, таких как асинхронные и синхронные генераторы и двигатели, заключается в использовании электромагнитного взаимодействия между магнитным полем и проводниками.

Ключевыми элементами электрических машин переменного тока являются ротор и статор. Ротор представляет собой ось с проводниками, которые могут пересекать магнитное поле, создаваемое статором. Статор представляет собой магнитный объект с обмотками, которые служат источником магнитного поля.

В работе электрической машины переменного тока генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.

Когда на электрическую машину переменного тока подается пусковой ток, происходит взаимодействие магнитных полей ротора и статора. Это создает момент, в результате которого ротор начинает вращаться.

Главным достоинством электрических машин переменного тока является их способность регулировать скорость вращения и мощность работы. Для этого используют дополнительные устройства, такие как реле, контакты и регулирующие движения механизмы.

Одной из ключевых характеристик электрических машин переменного тока является кривая регулирования момента. Эта кривая определяет связь между скоростью вращения ротора и моментом, который развивается машиной. По этой кривой можно определить эффективность работы электрической машины и ее способность выполнять заданные функции.

Переменный ток также используется в стартерных механизмах и реле для пуска электрических машин постоянного тока. Здесь переменный ток преобразуется в постоянный путем использования муфтой с диодными элементами.

Переменный ток: особенности механизма

Механизм работы машин с переменным током основывается на взаимодействии магнитного поля между статором и ротором. Магнитное поле создается при помощи обмотки статора, пропускающей электрический ток. При работе генератора происходит преобразование механической энергии в электрическую, а при работе двигателя — наоборот.

В машинах с переменным током ротор имеет несколько полюсов, которые возбуждаются поочередно при помощи электрического тока. Зазор между ротором и статором полностью заполняется магнитным потоком, созданным статором, что позволяет эффективно передавать мощность.

Нейтральной точкой таких машин является момент, когда поток между полюсами ротора и статора пересекает нулевую ось возбуждения. В это время наибольшие изменения потока и напряжения в обмотке ротора.

Для характеристики машины с переменным током используются коллекторные кольца, установленные на роторе. Они позволяют подключать ротор к внешним цепям и передавать электрический ток в обмотку ротора.

После включения машины с переменным током происходит пуск, когда машина начинает работать с постоянным током в течение некоторого времени. Затем машина переходит в рабочий режим, где характеристика тока постепенно изменяется в зависимости от условий работы и нагрузки.

Асинхронные машины

Асинхронные машины являются наиболее распространенным типом машин с переменным током. Они работают по принципу induksiya, используя асинхронный вращающийся магнитный поток. Для регулировки частоты вращения ротора в этих машинах применяется реостат, который изменяет сопротивление в цепи ротора.

Асинхронные машины могут иметь одну или несколько секций ротора с разным числом полюсов. Каждая секция обмотки ротора генерирует свой магнитный поток и вращается с необходимой скоростью.

Схема пуска

Для пуска машины с переменным током используется специальная схема, включающая механическую муфту и реостат. Механическая муфта позволяет машине запуститься с нулевой нагрузкой, а реостат регулирует ток при пуске, чтобы предотвратить перегрузку и повреждение машины.

Время	Режим работы	Характеристика тока
Начало	Пуск	Высокое возбуждение, низкое напряжение
Промежуточное	Переходный	Изменяющаяся кривая напряжения и тока
Конец	Рабочий	Стабильная характеристика тока

Искрение в электрической цепи при работе машин с переменным током может быть сведено к минимуму путем правильного регулирования режима работы и надлежащей эксплуатации машины. Этой целью служат различные геометрические и электрические характеристики машины, такие как геометрическая кривая и диаграмма потерь.

Таким образом, машины с переменным током имеют свои особенности механизма работы, которые следует учитывать при выборе и использовании таких машин в различных сферах промышленности и быта.

Преимущества машин переменного тока

Машины переменного тока обладают рядом преимуществ, которые делают их широко применимыми в различных отраслях промышленности и технике.

1. Эффективность использования энергии

Одним из главных преимуществ машин переменного тока является их высокая эффективность использования энергии. Это связано с тем, что в таких машинах энергия передается от источника питания к потребителю с использованием переменного тока, что позволяет уменьшить потери энергии, связанные с токами холостого хода и инерционными процессами.

2. Гибкость работы

Машины переменного тока обладают возможностью изменять скорость и направление вращения. Это позволяет эффективно регулировать работу машин в зависимости от условий и требуемой нагрузки. Также, машины переменного тока имеют возможность работать как двигатель или генератор в зависимости от условий.

3. Плавное включение и остановка

Благодаря специальным электронным устройствам, машины переменного тока позволяют осуществлять плавное включение и остановку без резких скачков и ударов по механизму. Это позволяет уменьшить износ и повреждение оборудования, а также обеспечить более комфортные условия работы.

4. Широкий диапазон скоростей вращения

Машины переменного тока обладают возможностью изменять скорость вращения в широком диапазоне. Это позволяет эффективно работать при различных условиях и требованиях процессов, а также обеспечивает наибольшую тяговую мощность при старте и холостом ходе.

Таким образом, машины переменного тока обладают рядом преимуществ, которые делают их предпочтительным выбором в различных отраслях промышленности. Эти преимущества связаны с эффективностью использования энергии, гибкостью работы, плавным включением и остановкой, а также широким диапазоном скоростей вращения.

Применение машин переменного тока

Одной из наиболее распространенных применений машин переменного тока является приведение в действие электроприводов различных механизмов и машин. Например, асинхронные электродвигатели широко применяются для привода конвейеров, насосов, компрессоров, вентиляторов и другого оборудования.

Машины переменного тока также используются в генераторах для преобразования механической энергии в электрическую. Генераторы переменного тока имеют ротор, который вращается под действием механической энергии. В результате этого возникает переменное электромагнитное поле, индуктирующее переменное напряжение в статоре. Таким образом, машина переменного тока в генераторе преобразует механическую энергию в электрическую.

Еще одно важное применение машин переменного тока — включение и торможение двигателей. Для пуска двигателей переменного тока применяются различные устройства и методы, такие как звезда-треугольник, автотрансформаторы, мягкий пуск и другие. Регулирование скорости двигателей также осуществляется с помощью специальных устройств, например, реостата или частотных преобразователей.

Машины переменного тока имеют большое значение и в системах автоматики и контроля. Они могут использоваться в качестве исполнительных элементов для управления различными механизмами и процессами. Кроме этого, машины переменного тока широко применяются в силовых установках, носят мощный и продолжительный характер и используются для преобразования и передачи электроэнергии в электроэнергетической системе.

Важно отметить, что машины переменного тока имеют свои особенности работы. В отличие от машин постоянного тока, в которых магнитное поле создается постоянным током в якоре, в машинах переменного тока магнитное поле возникает вследствие изменяющегося тока в обмотках статора. Кривая намагничивания машины переменного тока зависит от тока возбуждения и может иметь нелинейный характер.

В зависимости от типа возбуждения, машины переменного тока делятся на машины с электромагнитным возбуждением и машины с возбуждением от собственного двигателя. В первом случае магнитное поле создается с помощью постоянного магнита или электромагнита, а во втором случае магнитное поле возникает за счет тока, протекающего в обмотке якоря.

Таким образом, машины переменного тока имеют широкое применение в различных отраслях промышленности и технологии, благодаря своей возможности регулировки скорости и эффективности работы.

Сравнение машин постоянного и переменного тока

Машины постоянного и переменного тока имеют свои отличительные характеристики, которые определяют их способности и особенности в работе.

Одной из главных характеристик машин постоянного тока является возможность регулирования обмотки якоря с помощью реостата. При изменении сопротивления реостата изменяется напряжение на якоре и, следовательно, изменяется характеристика машины. Это позволяет электродвигателям постоянного тока приводить в движение тяговые механизмы с различными характеристиками.

Машины переменного тока, в свою очередь, могут быть однофазными или трехфазными. Их основной принцип работы связан с индукцией, которая происходит в обмотках ротора. Магнитное поле индуктируется при включении обмотки статора в цепь переменного тока. При вращении ротора, что происходит за счет действия магнитного поля, в обмотках ротора индуцируется изменяющееся напряжение. Благодаря этому, машины переменного тока позволяют плавно регулировать скорость вращения.

Машины переменного тока также могут иметь наибольшее число секций статора, что позволяет им иметь более гибкую характеристику мощности. В то же время, машины постоянного тока обладают максимальным моментом при нулевой скорости вращения, что делает их мощными и надежными при использовании в тяжелых условиях.

Оба типа машин обладают своими преимуществами и недостатками в зависимости от конкретной задачи, поэтому выбор между ними должен основываться на требованиях конкретной ситуации.

Машины постоянного тока	Машины переменного тока
Проводники находятся на роторе	Проводники находятся на статоре
Возможность регулирования с помощью реостата	Плавное регулирование скорости вращения
Наибольший момент при нулевой скорости вращения	Более гибкая характеристика мощности

Видео:

Асинхронные и Синхронные двигатели и генераторы. Мощный #энерголикбез ПЕРСПЕКТИВЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Асинхронные и Синхронные двигатели и генераторы. Мощный #энерголикбез ПЕРСПЕКТИВЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ by Александр Мальков 2,543,523 views 2 years ago 24 minutes