Обратимость электрических машин
Согласно закону Био-Савара, на движущийся в магнитном поле проводник с током I действует сила F = В li , (ВА) направление которой определяется по правилу левой руки. Поэтому если к щеткам машины переменного тока подвести переменный ток, то возникнет сила, которая заставит проводники аb и cd перемещаться в магнитном поле, и виток ab c d начнет вращаться (рис. 1).
Необходимо только, чтобы частота f тока соответствовала в период пуска частоте вращения n , т.к. f = pn . Аналогичное явление будет иметь место, если к щеткам машины постоянного тока подвести постоянный ток. Коллектор в этом случае будет играть роль инвертора, превращая подведенный постоянный ток в переменный внутри якоря (см. рис. 2).
Таким образом, мы получим электрический двигатель, который, в отличие от генератора преобразует электрическую энергию в механическую.
По закону Ленца, индуцированный ток всегда имеет такое направление, при котором возникающая электромагнитная сила стремится препятствовать тому изменению (движению), благодаря которому индуцируется ток.
Рис. 1. Простейший генератор переменного тока
Рис. 2. Простейший генератор постоянного тока
Рис. 3. Генератор дает переменную э.д.с., если концы рамки подключены к кольцам. Если же они подключены к полукольцам (пластинам коллектора), то ток в цепи будет пульсирующим.
На основании упомянутых выше законов и принципа работы простейших электрических машин можем сформулировать следующие основные положения энергопреобразования:
1) непосредственное взаимообратное преобразование механической и электрической энергии в индуктивных электрических машинах возможно лишь тогда, когда последняя является энергией переменного тока,
2) для такого энергопреобразования необходим электрический контур с изменяющейся индуктивностью (в нашем случае это поворачивающийся в магнитном поле виток),
3) для преобразования переменного тока в постоянный в электрическом контуре должно быть изменяющееся электрическое сопротивление (роль его в электрических машинах играет контакт щетка — коллектор, сопротивление которого меняется от бесконечности, когда щетка не касается коллекторной пластины, до некоторой минимальной величины, когда щетка полностью перекрывает пластину),
4) любая электрическая машина энергетически обратима, т. е. принципиально равноценно может работать и как генератор, и как двигатель,
5) поскольку для проявления закона электромагнитной индукции необходимо лишь относительное перемещение проводника и магнитного поля, то любая электрическая машина кинематически обратима, т. е. у нее может вращаться или якорь или индуктор.
Возможно ли использование двигателя вместо генератора на практике
По закону Э. X. Ленца индуктированный ток в замкнутом электрическом контуре всегда имеет такое направление, при котором возникающая электромагнитная сила стремится препятствовать тому изменению (движению), благодаря которому индуктируется электрический ток. На этом основании всякая индуктивная электрическая машина «энергетически обратима», т. е. может, принципиально, работать как генератором, так и двигателем.
Тем не менее, при необходимо знать, для какого режима работы электричсекая машина предназначается, — для генераторного или двигательного. Это объясняется тем, что на практике к генератору и к двигателю предъявляются определенные требования, которые не всегда совместимы, а потому может оказаться, что электрическая машина, выполненная как генератор, не будет в состоянии удовлетворительно работать в качестве двигателя, и наоборот.
Поэтому всякая машина должна иметь на своем «заводском щитке» указание, для какого режима работы она предназначается выпустившим ее заводом. Кроме того, нужно отметить, что ряд типов электрических машин возник и применяется только в качестве генератора, либо только в качестве двигателя.
Кинематическая обратимость электрической машины
С точки зрения осуществления в электрической машине энергопреобразования важно лишь взаимоотносительное движение ее двух основных органов, вытекает кинематическая обратимость электрической машины.
Это значит, что если ротор электрической машины застопорить, а статору дать возможность вращаться, то он придет во вращение, при этом будет вращаться, при неизменных электрических соединениях, в сторону, обратную той, в которую вращался ротор, превращенный в статор (это следует из законов механики).
Очевидно, что для придания статору возможности вращения его придется снабдить соответствующими подшипниками и, кроме того, скользящими электрическими контактами, чтобы сохранить подачу электрической энергии к статору, если таковая имела место до переделки. Очевидно, что при кинематическом обращении внутрироторной электрической машины получим внешнероторную электрическую машину, и наоборот.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Принцип обратимости электрических машин
помещен проводник, сечение которого изображено кружком. Если этот проводник передвигать, например, слева направо, то в нем согласно закону электромагнитной индукции возникнет э. д. с. 
Направление наведенной э. д. с. определяется по правилу правой руки, причем следует иметь в виду, что это правило дается для определения направления э. д. с. в проводнике, перемещающемся относительно магнитного поля (рис. 1-3).
Если концы проводника замкнуты на внешнее сопротивление, то по нему пойдет ток, имеющий такое же направление, как и э. д. с. Это направление (от нас) указано крестиком на рис. 1-2.
В результате взаимодействия тока i в проводнике и поля возникнет электромагнитная сила
Отсюда видим, что механическая мощность Fv в нашем элементарном генераторе преобразуется в электрическую мощность ei. Мощность, отдаваемая во внешнюю цепь таким генератором, может быть найдена из уравнения напряжений
где и — напряжение на зажимах внешнего сопротивления;
ir — падение напряжения в проводнике, имеющем сопротивление r.
Умножив это уравнение на i, получим:
где иi — электрическая мощность, отдаваемая проводником во внешнюю цепь (она является частью полной электрической мощности ei, полученной в результате преобразования механической мощности);
i2r — электрические потери в проводнике.
Та же элементарная машина может работать двигателем, т. е. преобразовывать электрическую энергию в механическую. Подведем к проводнику напряжение и так, чтобы ток i в проводнике имел указанное на рис. 1-2 направление. При этом возникнет электромагнитная сила, которая согласно правилу левой руки заставит проводник передвигаться 
Правило левой руки.
влево. В проводнике появится э. д. с. e, направленная против тока i и против напряжения и,в чем можно убедиться при помощи правила правой руки. Следовательно, напряжение и должно уравновесить э. д. с. е и падение напряжения в проводнике ir, т. е.
От уравнения напряжений (1-8), умножив его на i, перейдем к уравнению мощностей
В этом уравнении i2r — электрические потери в проводнике, ei — та часть подведенной электрической мощности ui, которая преобразуется в механическую мощность Fэмv, так как, учитывая (1-1) и (1-2), мы можем написать:
ei = Blvi = Fэмv. (1-10)
Приведенные соотношения показывают, что электрическая машина обратима, т. е. может работать и генератором и двигателем.
Принцип обратимости электрических машин был установлен русским академиком Э. X. Лен-цем в 1833 г. Он применим к любой электрической машине.
Таким образом, мы видим, что наличие магнитного поля и проводников, по которым проходит ток, является необходимым условием для работы любой электрической машины. Для усиления магнитного поля применяются ферромагнитные материалы в виде сталей.
При работе электрической машины происходит относительное перемеще-
ние проводников и магнитного поля. Такое перемещение в обычных машинах осуществляется путем вращательного движения (рис. 1-1).
В основе работы трансформатора лежит явление взаимоиндукции. Трансформатор состоит обычно из двух обмоток с разными числами витков. Между обмотками существует магнитная связь; для ее усиления обмотки помещаются на стальном замкнутом магнитопроводе, называемом сердечником трансформатора. Энергия из одной обмотки в другую передается через посредство магнитного поля. Благодаря различию чисел витков обмоток получается трансформирование тока одного напряжения в ток другого напряжения, повышенного или пониженного по сравнению с первым.
Правило Ленца Правило Ленца – правило для определения направления индукционного тока: индукционный ток, возникающий при относительном движении проводящего контура и источника магнитного поля, всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток. Правило правой руки — правило определяющее направление линий магнитной индукции прямолинейного проводника с током: Если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции.
Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки.
Правило левой определяет направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током. Если ладонь левой расположить так, чтобы в нее входили линии индукции магнитного поля, а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на положительный заряд. На отрицательный заряд сила со стороны магнитного поля действует в противоположном направлении.
Правило правой руки
Расположите правую руку так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, а большой палец, отогнутый на 90 градусов показывал направление движения проводника относительно магнитного поля. Тогда ладонь (4 остальные пальца) покажут направление ЭДС.
Принцип обратимости электрических машин
Электрические машины обладают свойством обратимости: каждый электрический генератор может работать в качестве двигателя и наоборот, а в каждом трансформаторе и электромашинном преобразователе электрической энергии направление преобразования энергии может быть изменено на обратное. Однако каждая выпускаемая электромашиностроительным заводом вращающаяся машина обычно предназначается для одного определенного режима работы, например в качестве генератора или двигателя. Точно так же в трансформаторах одна из обмоток предусматривается для работы в качестве приемника электрической энергии (первичная обмотка), а другая (вторичная обмотка) – для отдачи энергии. При этом оказывается возможным наилучшим образом приспособить машину для заданных условий работы и добиться наилучшего использования материалов, т. е. получить наибольшую мощность на единицу массы машины.Высокие энергетические показатели электрических машин, удобство подвода и отвода энергии, возможность выполнения на самые разные мощности, скорости вращения, а также удобство обслуживания и простота управления обусловили повсеместное их широкое распространение. 9-Активный потери и КПД АД. Энергетическая диаграмма потерь АД 9-Энергетическая диаграмма, потери и к.п.д. АД — раздел Электротехника, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Преобразование Активной Мощности В Двигателе Связано С Потерями.
Преобразование активной мощности в двигателе связано с потерями. Они делятся на электрические, магнитные и механические.
Отобразим энергетическую диаграмму двигателя, описывая энергетические процессы, протекающие в двигателе.
– активная мощность, потребляемаядвигателем из сети.
Часть мощности теряется на нагрев обмотки статора 
. Другая часть мощности рассеивается на магнитные потери в сердечнике статора 
.Остальная мощность с помощью основного магнитного потока передается из статора в ротор и является электромагнитной мощностью двигателя. Частьэлектромагнитной мощности расходуется на нагрев обмотки ротора. Магнитные потери в сердечнике ротора малы и 
, а частота 
. Поэтому магнитные потери в сердечнике ротора не указываются. Часть электромагнитной мощности расходуется на нагрев обмотки ротора. Магнитные потери в сердечнике ротора малы и , а частота . Поэтому магнитные потери в сердечнике ротора не указываются.
– механическая мощность двигателя. Механические потери обусловлены трением вала ротора в подшипниках и сопротивлением воздуха. Уравнение баланса активной мощности имеет вид:
При проектировании и эксплуатации АД представляет интерес соотношение между активной и реактивной мощностями, называемое коэффициентоммощности:
Q1=const, не зависит от нагрузки Р1 повышается с повышением нагрузки, а, следовательно, повышается cosφ
КПД двигателя
10-механическая характеристика ад и ее характерные точки 10Механическая характеристика асинхронного двигателя определяется зависимостью момента сопротивления на валу двигателя от скорости вращения вала при условии, что в каждой точке механической характеристики двигатель работает в установившемся режиме Расчет механической характеристики производится по соотношению 5.2.8, связывающего величину электромагнитного момента и скольжения при заданных параметрах машины, напряжении и частоты питания.
11-устойчивая работа АД
12-влияние напряжения сети на пусковой момент АД
13-влияние активного сопротивления работа не величину пускового момента АД
Обратимость электрических машин
Обратимость электрических машин вызвана одинаковым устройством преобразователем электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот, и т. п.
Приоритетная функция электрической машины определяет её конструктивные особенности, вследствие которых обратимость становится неравномерной. Так, электрогенератор будет иметь несколько больший КПД, чем используемый в качестве генератора соответствующий по размерам электродвигатель, электродинамический микрофон будет выдавать более качественный звуковой сигнал, чем равная по размерам динамическая головка.
Применение
Данное явление широко используется в электротехнике, например, для электродинамического торможения: двигатель постоянного тока, будучи отключен от питающего его источника, вращаясь по инерции, сразу же переходит в генераторный режим из-за наличия в нём противоэлектродвижущей силы. Если одновременно с отключением от источника двигатель замкнуть на небольшое сопротивление, то под действием противоэлектродвижущей силы в замкнутой цепи якорной обмотки возникнет большой ток, который и создаст в двигателе тормозящий момент, направленный против его вращения, вследствие чего двигатель быстро остановится. Кроме того, генерируемый двигателем ток может подзаряжать аккумуляторы транспортного средства, на котором установлен, либо возвращаться в питающую электросеть, как происходит на некоторых электропоездах и трамваях при торможении или движении под уклон. Такой режим работы транспортного средства называется рекуперативным торможением.
Обратимость иногда используется в электронной технике: например, в некоторых образцах связной аппаратуры динамическая головка в режиме передачи служит микрофоном. Этим достигается улучшение массогабаритных показателей и удешевление изделия. Также известны образцы устройств, в которых светодиод часть времени используется в качестве фотодиода. Таким путём упрощается оптический тракт двунаправленных устройств оптической связи.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
В работе стартер-генераторов использован принцип обратимости электрических машин постоянного тока . Соединение вала стартер-генератора с валом двигателя осуществляется через фрикционную муфту и редуктор с изменяющимся передаточным числом. [6]
Стартеры-генераторы построены на использовании принципа обратимости электрических машин постоянного тока . Соединение вала стартера-генератора с ротором авиадвигателя осуществляется через фрикционную муфту и редуктор с измеряющимся передаточным числом. [7]
Ленц в 1832 г. сформулировал принцип обратимости электрических машин , а в 1833 г. он экспериментально показал возможность работы электрической машины в генераторном и двигательном режимах. [9]
В 1833 г. Ленцем был сформулирован принцип обратимости электрических машин , а в 1838 г. этот принцип был практически осуществлен. [10]
Ленцу, который в 1832 г. сформулировал известный закон Ленца, несколько позже открыл принцип обратимости электрических машин , впервые исследовал и описал явление реакции якоря в электрических машинах и совместно с Б. С. Якоби исследовал законы действия электромагнитов. [11]
ЛЕНЦ Эмилий Христианович ( 1804 — 1865), обобщил опыты по магнитной индукции, изложив это обобщение в виде закона Ленца, доказал принцип обратимости электрических машин , теоретически и экспериментально установил зависимость количества тепла, выделяющегося в проводнике при прохождении по нему тока, — закон Ленца — Джоуля, автор первой в мире работы по исследованию магнитоэлектрической машины, установил явление реакции якоря и дал ему правильное: объяснение, член Петербургской академии наук и ректор Петербургского университета. [12]
Третий этап развития электродвигателей занимает промежуток времени с 1867 по 1887 г. В связи с открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения был окончательно осознан и сформулирован принцип обратимости электрической машины . [13]
В 1838 г. Ленц практически осуществил обратимость электрической машины постоянного тока, заставив ее работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Открытый Ленцем принцип обратимости электрической машины , как известно, является одним из фундаментальных положений электротехники. [14]
По каким признакам классифицируют электрические машины. В чем состоит принцип обратимости электрических машин . [15]