Принцип действия генератора и двигателя
Принцип действия любой электрической машины основан на использовании явлений электромагнитной индукции и возникновения электромагнитных сил при взаимодействии проводников с током и магнитного поля. Эти явления имеют место при работе как генератора, так и электродвигателя. Поэтому часто говорят о генераторном и двигательном режимах работы электрических машин.
Принцип действия электродвигателя
Принцип действия электродвигателя основан на взаимодействии магнитного поля и проводника с током. При прохождении тока по прямолинейному проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Магнитные силовые линии этого поля располагаются по концентрическим окружностям, в центре которых находится проводник с током. Для получения спектра магнитного поля прямого проводника с током проводник пропускают сквозь лист картона. На картон насыпают тонкий слой железных опилок, и опилки слегка встряхивают. Под действием магнитного поля железные опилки располагаются по концентрическим окружностям. По касательным к ним расположатся и магнитные стрелки вокруг такого проводника с током.
Таким образом, линии магнитной индукции магнитного поля прямолинейного тока представляют собой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной к проводнику, с центром на оси проводника.
Направление магнитных силовых линий можно определить по правилу буравчика: Если поступательное движение буравчика совместить с направлением тока в проводнике, то вращение его рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника.
Правило буравчика.
Если проводник с током поместить в магнитное поле на него начнет действовать выталкивающая сила.
Вокруг проводника с током образуется собственное магнитное поле, имеющее концентрических окружностей. Направление силовых линий этого поля определяется по правилу буравчика.
| 
|
Когда проводник с током находится в магнитном поле, его магнитное поле накладывается на внешнее поле усиливая его с той стороны, где направление силовых линий обоих полей совпадает и ослабляя с противоположной стороны, где силовые линии полей направлены в противоположные стороны.
В результате и образуется выталкивающая сила. Более сильное поле выталкивает проводник в сторону более слабого поля.
Направление выталкивающей силы (электромагнитной силы) определяется по правилу левой руки.
Электромагнитная сила определяется законом Ампера. Он формулируется следующим образом. Электромагнитная сила, действующая на проводник с током, находящийся в магнитном поле и расположенный перпендикулярно направлению поля, равна произведению силы тока I, индукции магнитного поля В и длины проводника l:
Направление действия силы F определяют по правилу левой руки: ладонь левой руки нужно расположить так, чтобы магнитные линии входили в нее и четыре вытянутых пальца совместить с направлением тока, тогда расположенный под прямым углом большой палец укажет направление действия электромагнитной силы.
Если поместить в магнитное поле не проводник, а виток (или катушку) с током и расположить его вертикально, то, применяя правило левой руки к верхней и нижней сторонам витка, получим, что электромагнитные силы F, действующие на них, будут направлены в разные стороны. В результате действия этих двух сил возникает электромагнитный вращающий момент М, который вызовет поворот витка, в данном случае по часовой стрелке. Этот момент
где D — расстояние между сторонами витка.
При пересечении проводником силовых линий магнитного поля в нем возникает или, как говорят, индуцируется ЭДС. Это явление называется электромагнитной индукцией.
Индицирование ЭДС в проводнике при перемещении его в магнитном поле
Значение индуцированной ЭДС определяется законом электромагнитной индукции Фарадея. Он формулируется следующим образом. Индуцированная ЭДС е прямо пропорциональна индукции магнитного поля В, длине проводника l и скорости его перемещения v в направлении, перпендикулярном силовым линиям поля
Направление индуцированной ЭДС определяют правилом правой руки. Если ладонь правой руки держать так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а отогнутый большой палец совместить с направлением движения проводника (т. е. направлением его скорости v), то вытянутые четыре пальца укажут направление индуцированной ЭДС е.
Если подключить виток к какому-нибудь источнику электрической энергии, то по каждому проводнику начнет проходить электрический ток i. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создает электромагнитные силы F. В результате совместного действия этих сил создается электромагнитный вращающий момент М, приводящий якорь во вращение с некоторой частотой n. Если к валу якоря подсоединить с каким-либо устройством, то электродвигатель будет отдавать механическую энергию. При этом внешний момент Мвн, создаваемый этим устройством, будет направлен против электромагнитного момента М.
Выясним, почему при вращении якоря электродвигателя, работающего под нагрузкой, расходуется электрическая энергия. Как было уже установлено ранее, при вращении проводников якоря в магнитном поле в каждом проводнике индуктируется э.д.с., направление которой определяется правилом правой руки, и она будет направлена против тока. Т.е. э.д.с. будет препятствовать прохождению тока по проводнику, поэтому она называется противо ЭДС. Чтобы электродвигатель продолжал нормально работать и развивать требуемый вращающий момент, необходимо приложить к проводникам внешнее напряжение, направленное навстречу э.д.с. и большее по величине, чем суммарное э.д.с. Е, индуктированная во всех последовательно соединенных проводниках обмотки якоря. Следовательно, необходимо подводить к электродвигателю электрическую энергию.
На величину противо ЭДС влияют два фактора:
1. С увеличением частоты вращения якоря противо ЭДС увеличивается.
2. При уменьшении магнитного поля главных полюсов, что достигается включением резистора ослабления поля, противо ЭДС уменьшается.