Вопросы для самоконтроля

1. В чём суть явления электромагнетизма?

2. Сформулируйте закон электромагнетизма.

3. Запишите математически и расшифруйте закон электромагнетизма.

4. В чём суть явления электромагнитной индукции?

5. Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

6. Запишите математически и расшифруйте закон электромагнитной индукции.

7. Какая электрическая машина называется генератором постоянного тока?

8. Составьте и опишите конструктивную схему генератора постоянного тока.

9. Опишите принцип действия генератора постоянного тока.

10. Каково назначение коллектора и щёточного механизма?

11. Сформулируйте правило «правой руки».

12. Как определить электродвижущую силу, которую развивает генератор?

13. Что такое независимое возбуждение генератора постоянного тока?

14. Что такое самовозбуждение генератора постоянного тока?

6.2. Физические явления и процессы в элементах конструкции генератора

При вращении якоря в магнитном поле индуктора (то есть при работе генератора) в элементах конструкции генератора наблюдаются следующие физические явления и процессы.

В индукторе:

• явление электрического тока в обмотке возбуждения;

• явление электромагнетизма в обмотке возбуждения;

• явление теплового действия тока в обмотке возбуждения;

• процесс нагрева обмотки возбуждения.

В якоре:

• явление электромагнитной индукции в обмотке якоря;

• явление электрического тока в обмотке якоря;

• явление электромагнитной силы от действия тока в обмотке якоря;

• явление электромагнетизма в обмотке якоря;

• явление теплового действия тока в обмотке якоря;

• процесс нагрева обмотки якоря;

• явление электромагнитной индукции в магнитопроводе якоря;

• явление вихревых токов в магнитопроводе якоря;

• явление электромагнитной силы от действия вихревых токов;

• явление теплового действия вихревых токов в магнитопроводе якоря;

• явление гистерезиса магнитопровода якоря;

• явление электромагнитной силы от гистерезиса;

• явление теплового действия гистерезиса магнитопровода якоря;

• процесс нагрева магнитопровода якоря.

В механической системе:

• явление трения в подшипниках;

• явление трения между коллектором и щётками;

• явление трения якоря о воздух;

• процесс нагрева механической системы.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в механической системе генератора постоянного тока.

2. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в обмотке возбуждения генератора постоянного тока.

3. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в обмотке якоря генератора постоянного тока.

4. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в магнитопроводе генератора постоянного тока.

6.3. Энергетическая диаграмма генератора

Энергетическая диаграмма генератора – это изображение преобразования в нём энергии. При работе генератора, как показано выше, часть потребляемой им энергии теряется бесполезно и рассеивается в виде тепла. Потерянную энергию в единицу времени называют потерями мощности (или потерями). В генераторе есть три пути потерь энергии: в механической системе, в электрических цепях, в магнитопроводе якоря.

Механические потери (Р_мх):

• потери на трение в подшипниках (Р_подш);

• потери на трение между щётками и коллектором (Р_щет);

• потери на трение о воздух и вентиляцию (Р_вент).

Р_мх = Р_подш + Р_щет + Р_вент . (6.6)

Электрические потери (Р_эл):

• потери в проводниках обмотки возбуждения в результате теплового действия протекающего в ней тока (Р_в);

• потери в проводниках обмотки якоря в результате теплового действия протекающего в ней тока (Р_я);

• потери в щётках и коллекторе в результате теплового действия протекающего в них тока (Р_щ).

Р_эл = Р_в + Р_я + Р_щ = R_вI²_в + R_яI²_я + R_щ I²_я , (6.7)

где R_в – сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

I_в – сила тока в обмотке возбуждения, А;

R_я – сопротивление обмотки якоря, Ом;

I_я – сила тока в обмотке якоря, А;

R_щ – сопротивление щёточных контактов, В.

Потери в магнитопроводе (Р_мг):

• потери в магнитопроводе якоря в результате теплового действия протекающих в нём вихревых токов (Р_вх);

• потери в магнитопроводе якоря в результате теплового действия гистерезиса (Р_г).

Р_мг = Р_вх + Р_г . (6.8)

Добавочные потери (Р_д) возникают в генераторе в результате других не учтённых явлений.

Следовательно, суммарные потери (Р_) при работе генератора равны:

Р_ = Р_мх + Р_эл + Р_мг + Р_д . (6.9)

Таким образом, энергетическая диаграмма генератора имеет следующий вид (рис.6.3).

Механическая мощность на валу генератора равна:

Р_мх = М , (6.10)

где М – механический момент на валу генератора, Нм;

 – угловая скорость вращения вала генератора, рад/с.

Электрическая мощность, отдаваемая генератором нагрузке, равна:

Р_эл = R_нагрI² , (6.11)

где R_нагр – эквивалентное сопротивление нагрузки, Ом;

I – сила тока, потребляемого нагрузкой, А.

В другом виде:

Р_эл = Р_мх – Р_ . (6.12)

Коэффициент полезного действия генератора равен:

. (6.13)