Назначение и область применения электрических машин


Физические законы электромеханического преобразования энергии



Скачать 384,77 Kb.
страница2/3
Дата04.02.2020
Размер384,77 Kb.
Название файла1. Введение.doc
1   2   3

Физические законы электромеханического преобразования энергии





Любая электрическая машина представляет собой электромеханический преобразователь энергии. Она объединяет в себе электрическую и механическую системы. Связь между обеими системами в электрической машине осуществляется посредством магнитного поля (рис. 1.2).
Взаимодействие магнитного поля с электрической и механической системами проявляется, с одной стороны, в появлении ЭДС е в элементах электрической системы и, с другой стороны, в возникновении силы , действующей на элементы механической системы, что и обуславливает электромеханическое преобразование энергии. Процесс такого преобразования подчиняется закону сохранения энергии: изменение энергии, поступающей в электрическую машину со стороны электрической и механической систем, расходуется на изменение энергии магнитного поля и на покрытие потерь, сопровождающих основной процесс преобразования энергии.

Если все потери в электрической машине вынести во внешние цепи, то уравнение баланса полезного преобразования энергии будет иметь вид



. (1.1)

Знак «+» означает, что энергия поступает в электрическую машину из внешней системы, а знак «» - что энергия отдается электрической машиной во внешнюю систему.



Из этого уравнения следует, что процесс преобразования энергии в электрической машине сопровождается непрерывным изменением энергии магнитного поля. Причиной ее изменения является энергия, поступающая либо из электрической, либо из механической системы.

Если в переменное магнитное поле поместить проводящий контур, то в нем возникнет ЭДС

, (1.2)

где  - потокосцепление контура.

Это явление называется электромагнитной индукцией, а выражение (1.2) представляет собой закон электромагнитной индукции Фарадея. Знак «минус» в формуле для ЭДС е обусловлен инерционным характером магнитного поля: наведенная ЭДС всегда направлена так, что создаваемый ею ток препятствует изменению магнитного поля.

Величина потокосцепления одновиткового контура (рис. 1.3) определяется потоком Ф, пронизывающим площадь S, ограниченную контуром


, (1.3)
где В - магнитная индукция; - длина активной части контура; x - смещение плоскости контура относительно оси магнитного поля.




Возможны три случая изменения потокосцепления этого контура:



  • контур неподвижен, поток меняется во времени;

  • контур вращается, поток неизменен;

  • контур вращается и поток изменяется во времени.

Поэтому потокосцепление  является функцией пространственной координаты x и времени t ,

.

Следовательно,



.

Подставляя это выражение в (1.2), получим



, (1.4)

где - скорость пересечения контуром силовых линий поля.



Согласно (1.4) ЭДС е можно представить в виде двух составляющих: трансформаторной ЭДС и ЭДС вращения . С учетом выражения для потокосцепления ЭДС вращения может быть записана в виде

. (1.5)

Обычно знак «» в выражении (1.5) опускают, а направление ЭДС определяют правилом правой руки: если правую руку расположить так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а отогнутый большой палец направить в сторону перемещения проводника относительно поля, то четыре пальца покажут направление ЭДС. Наличие ЭДС вращения в замкнутом контуре всегда связано с обменом энергией между механической и электрической системами. Существование лишь трансформаторной ЭДС указывает на то, что обмена энергией между механической и электрической системами не происходит.

Если контур (рис. 1.3) подключить к электрической системе с напряжением u, то по нему потечет ток, величина которого, согласно закону Ома, определяется выражением

, (1.6)

где R - активное сопротивление контура.



Ток создает свое магнитное поле (рис. 1.4). Результирующее магнитное поле вокруг проводника искажается: с одной стороны проводника поле усиливается, а с другой - ослабляется. Это приводит к появлению силы, действующей в направлении максимального ослабления поля. Практически направление силы определяется правилом левой руки: силовые линии поля входят в ладонь, четыре пальца показывают направление тока, а отогнутый большой палец показывает направление силы. Поскольку в контуре (рис. 1.5) ток по отношению к внешнему полю протекает в разных направлениях, то на контур будет действовать момент




,

где D - диаметр окружности, вписанной в контур;  - угол, определяющий положение контура в магнитном поле.

Если связать контур еще и с механической системой, то можно осуществить передачу энергии в эту систему из электрической системы или наоборот преобразовать механическую энергию в электрическую.

Без учета потерь величина изменения энергии электрической системы определяется выражением



.

Соответствующее ей изменение энергии механической системы определяется произведением силы на приращение координаты



.

Закон сохранения энергии (1.1) требует, чтобы суммарное изменение энергии равнялось изменению энергии магнитного поля



. (1.7)

Запасенная энергия магнитного поля контура выражается формулой



,

где - индуктивность контура.

Отсюда, учитывая, что ток i задан, получаем

.

Подставляя это выражение в уравнение (1.7) и решая его относительно силы , находим



,

или, с учетом (1.3),



. (1.8)

Соотношение (1.8) определяет взаимодействие магнитного поля с током электрического контура, помещенного в это поле. Данное взаимодействие проявляется в возникновении силы, действующей на контур. Величина силы пропорциональна магнитной индукции В, току контура i и его активной длине .



    1. Скачать 384,77 Kb.

      Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3




База данных защищена авторским правом ©nashuch.ru 2020
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Лабораторная работа
Пояснительная записка
Методические указания
Рабочая программа
Методические рекомендации
Теоретические основы
Практическая работа
Учебное пособие
Общая характеристика
Физическая культура
Общие сведения
Теоретические аспекты
Самостоятельная работа
Дипломная работа
Федеральное государственное
История развития
Направление подготовки
Методическое пособие
Технологическая карта
Общая часть
квалификационная работа
Техническое задание
Выпускная квалификационная
прохождении производственной
учреждение высшего
Общие положения
Теоретическая часть
Исследовательская работа
Краткая характеристика
Гражданское право
Методическая разработка
Технология производства
государственное бюджетное
Техническое обслуживание
дистанционная форма
частное учреждение
Решение задач
Организация работы
Практическое занятие
Правовое регулирование
образовательное частное
Математическое моделирование
Понятие предмет
Металлические конструкции
Метрология стандартизация
Основная часть
Образовательная программа
физическая культура
Негосударственное образовательное