Инженерный факультет
Кафедра информационных технологий и
Физико-математических дисциплин
Лабораторная работа
Изучение индукционного источника постоянного тока
Г.
Лабораторная работа
Тема «ИЗУЧЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА»
Цель работы: изучить устройство и принципа действия индукционного источника постоянного тока.
Оборудование: действующая модель индукционного источника постоянного тока; вольтметр; электрическая лампочка на 4,5 В.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Индукционный источник постоянного тока
Электрические машины, в которых механическая энергия превращается в электрическую энергию вследствие явления электромагнитной индукции, называют индукционными генераторами. Электрические машины постоянного тока разделяются на генераторы и двигатели. Электрические генераторы или иначе индукционные источники постоянного тока преобразуют механическую энергию в электрическую, а электрические двигатели – преобразуют электрическую энергию – в механическую. Генераторы и двигатели постоянного тока по устройству ничем не отличаются друг от друга. Генератор постоянного тока состоит из следующих основных частей:
Индуктор служит для создания магнитного поля и представляет собой электромагнит с ярко выраженными полюсами. В машинах постоянного тока индуктор является статором и состоит из станины, полюсных сердечников с наконечниками и полюсных катушек из медного изолированного провода. Полюсные катушки являются обмоткой возбуждения машины. При пропускании постоянного тока по обмотке возбуждения индуктор машины создает магнитное поле с чередующимися полюсами.
Якорь в машинах постоянного тока является ротором и состоит из сердечника и обмотки. Сердечник якоря состоит из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. В пазы сердечника укладывается изолированная обмотка. Якорь крепится на стальном валу. Обмотки якоря с одной торцевой стороны своими концами припаиваются к коллектору. В обмотке якоря наводится электродвижущая сила (ЭДС) индукции.
Коллектор состоит из медных пластинок клинообразного сечения, расположенных на валу якоря и изолированных друг от друга, и представляет собой кольцо, разрезанное на секторы, изолированные друг от друга. Коллектор служит для выпрямления переменного тока, возбуждаемого в якоре.
Щетки служат для снятия напряжения с якоря или подачи тока в якорь машины и изготавливаются в виде прямоугольных брусков из медных и графитовых порошков. Щетки размещаются в специальных держателях и имеют скользящий контакт с пластинами коллектора. Электрические щетки скользят по пластинам коллектора и соединяют концы обмоток с внешней электрической цепью. Концы обмоток возбуждения и проводов, идущие от щеток, крепятся к зажимам коробки выводов. Если индуктор в машине постоянного тока неподвижен, то его называют статором, а якорь, т.к. он вращается, называют ротором.
Физический принцип действия генератора (индукционного источника постоянного тока) основан на явлении возникновения электромагнитной индукции в рамке с проводником при вращении ее в магнитном поле. В генераторе под действием источника механической энергии (гидро-газотурбины или двигателя внутреннего сгорания) ротор приводится во вращение в магнитном поле индуктора. При вращении ротора в магнитном поле, создаваемом статором, в проводах обмоток ротора возникает ЭДС индукции, т.к. его обмотки пронизывает переменное магнитное поле статора. Концы обмотки ротора соединяются с потребителями электрической энергии через скользящие контакты коллектора и электрических щеток в тот момент времени, когда ЭДС индукции в обмотке ротора имеет максимальное значение.
Провода обмотки движутся перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. При этом между концами проводника возникает ЭДС индукции, которая пропорциональна скорости ʋдвижения проводника в магнитном поле, длине проводника l и индукции Bмагнитного поля. Поэтому на концах разомкнутой обмотки, содержащей N витков, напряжение будет равно:
U = 2 NʋBl (1)
Так как линейная скорость движения ʋ проводника связана с частотой ν вращения ротора и его радиусом R выражением
ʋ = 2πRν
то формулу (1) можно записать:
U = 4π R N ν B l
Так как площадь рамки равна S = 2Rl, а магнитный поток Ф можно определить как Ф = BS, то напряжение на выходе генератора зависит от числа витков ротора, частоты его вращения и магнитного потока, пронизывающего ротор. Напряжение на выходе генератора равно:
U = 2π NνФ
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Изучить назначение индукционного источника постоянного тока.
2. Изучить устройство и назначение частей индукционного источника постоянного тока.
3. Привести во вращение якорь (ротор) генератора и получить индукционный ток в обмотках, о чем будет свидетельствовать загоревшая лампочка.
4. Измерить полученное напряжение на концах проводника обмотки ротора, подключив вольтметр.
5. Исследовать, от чего зависит величина полученного напряжения на концах проводника обмотки ротора при работе генератора.
6. Записать соответствующий вывод.
Контрольные вопросы
1. Для чего служит индукционный источник постоянного тока?
2. Устройство индукционного источника постоянного тока.
3. Для чего служит индуктор (статор)?
4. Для чего служит якорь(ротор)?
5. Назначение коллектора и щеток.
6. Объясните принцип действия индукционного источника постоянного тока.
7. От чего зависит полученное напряжение генератора постоянного тока?