Раздел. Электричество. Постоянный ток.

Раздел. Электричество. Постоянный ток.

Введение

Электротехника – это наука о техническом использовании электрических и электромаг-нитных явлений.

Электрическая энергия имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами энергии:

1.Относительно не сложное получение электроэнергии с ГЭС, ТЭЦ, АЭС.

2.Возможность передачи электрической энергии на дальние расстояния.

3.Несложное распределение между потребителями.

4.Возможность преобразования электрической энергии в другие виды (механическую, све-товую, звуковую и др.)

 

Основные сведения о строении вещества.

Все вещества и материалы состоят из атомов. Атомы химических элементов могут объединяться между собой и образовывать молекулы. Строение молекул определяет в основном химические свойства вещества, то есть его способность взаимодействовать с другими веществами. Строение атомов определяет в основном физические свойства материалов, такие как электропроводность, теплоемкость, радиоактивность и др.

Упрощенно атом можно представить в виде ядра, окруженного оболочкой из электронов.

 

протоны - Р⁺

нейтроны - n⁰

электроны - е^-

 

Ядро атома состоит из протонов (Р⁺), имеющих положительный заряд, и нейтронов (n⁰), заряда не имеющих. Электроны располагаются на определенных орбитах вокруг ядра и имеют отрицательный заряд, который по величине равен заряду протона.

Порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева определяет количество про-тонов в ядре атома этого элемента и, соответственно, заряд его ядра.

В обычном состоянии атома общее количество отрицательных электронов равно коли-честву положительных протонов в ядре, поэтому такие атомы электрически нейтральные.

Примеры химических элементов: водород -Н, кислород -О, углерод-С, железо-Fe, медь-Cu и др.

Примеры веществ (химических соединений): вода- Н₂О, поваренная соль- NaCl, серная кислота- Н₂SО₄, углекислый газ-СО₂ и др.

Отрицательно заряженные электроны удерживаются вокруг положительно заряженного ядра атома силами электрического притяжения.

Положительные протоны в ядре, за счет очень близкого расположения друг к другу, притя-гиваются силами ядерного взаимодействия.

 

Разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

 

Электрическое поле.

Электрическое поле – это особый вид материи, который образуется:

1) вокруг электрических зарядов или заряженных тел;

2) при изменении магнитного поля.

Свойства электрического поля:

ü Электрическое поле обладает энергией, за счет которой способно перемещать другие электрически заряженные частицы и тела;

ü Электрическое поле не имеет ни запаха, не цвета, поэтому условно обозначается электрическими силовыми линиями. Электрические силовые линии всегда проводятся перпендикулярно к поверхности заряженного тела и всегда направлены в ту сторону, куда будет двигаться свободная положительно заряженная частица, помещенная в данное электрическое поле.

Изображение электрических полей:

Электрический ток.

Электрический ток – это направленное и упорядоченное движение заряженных частиц (в металлах - электронов, а в жидкостях и газах - положительных и отрицательных ионов) под действием сил электрического поля, т.е. между точками с разными потенциалами.

Электрическое поле (ток) распространяется мгновенно, со скоростью 300000 км/сек (скорость света), хотя сами свободные электроны двигаются со скоростью от нескольких мм до нескольких см в секунду.

Атомы металлов находятся в узлах кристаллической решетки и лишь немного колеблются вокруг положения равновесия (размах колебаний зависит от температуры нагрева металла, при температуре плавления размах колебаний настолько велик, что разрушается кристаллическая решетка, и металл из твердого состояния переходит в жидкое). Часть электронов в металлах (на внешней орбите за счет малого их числа (1-3)) слабо связаны с ядрами атомов и хаотично перемещаются от одного ядра к другому, поэтому они называются свободными электронами.

Если металлический проводник поместить в зону действия электрического поля (т.е., приложить напряжение к концам проводника), то свободные электроны будут направленно и упорядоченно двигаться к «плюсу», создавая электрический ток. Направление тока принято указывать в ту сторону, куда двигались бы положительные заряды, т.е. обычно от «плюса» к «минусу». Ток обозначается буквой I (постоянный) или i (переменный) и измеряется в амперах (А). При очень малых или больших значениях соответственно 1 мА = 0,001А (миллиампер), 1 кА = 1000А (киллоампер)

Проводимость.

Параметр проводника, обратный его сопротивлению называется проводимостью G (же) = 1/ R, [См] (сименс).

Все вещества и материалы в природе по способности проводить электрический ток делятся на:

ü Проводники- G>>0 (высокая проводимость)

ü Полупроводники - G>0 (средняя проводимость)

ü Диэлектрики (изоляторы)- G~0 (проводимость очень низкая)

Проводники, в свою очередь, делят на два рода:

ü твердые (металлы, графит);

ü жидкие (водные растворы солей, щелочей и кислот и др.).

Электродвижущая сила (ЭДС).

Если соединить два разноименно заряженных тела (две точки с разными потенциалами), то между ними пройдет кратковременный ток и заряды сравняются. Что бы ток проходил длительно, необходимо поддерживать разность потенциалов между этими точками, а для этого в источнике тока, по отношению к цепи за пределами источника, заряды должны двигаться в обратном на правлении (т.е. отрицательные заряды не к (+) а к (-). Это происходит за счет ЭДС, которая разделяет заряды внутри источника, «заставляя» отрицательные заряды двигаться и накапливается на (-) минусе, а положительные на (+) плюсе для создания и поддерживания напряжения. Для этого в аккумуляторах используется энергия химической реакции, а в генераторах механическая энергия. ЭДС обозначается Е или е, [ В,V ] (вольт)

Законы Ома.

Устанавливают зависимость между основными параметрами электрической цепи.

I-й Закон Ома (для участка цепи):

Законы Кирхгофа.

(В 1847г. установил законы для электрических цепей, названные его именем).

Первый закон Кирхгофа (устанавливает зависимость между токами для узлов электрической цепи, к которым подходит несколько ветвей): сумма токов входящих в узел равна сумме токов, выходящих из узла.

Распределение токов в узле электрическойцепи

Для электрического тока имеет место полная аналогия с распределением потоков воды в соединенных друг с другом трубопроводах.

Второй закон Кирхгофа используется для расчета сложных электрических цепей с несколькими источниками.

Последовательное соединение

При последовательном соединении во всей цепи (и в источнике в том числе) ток одинаковый:

Iобщ = I1 = I2 = I3 = Iист;

 

Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого потребителя:

Rобщ = R₁+ R₂ +R₃;

 

Общее напряжение складывается из падений напряжений на каждом потребителе:

Uобщ = U₁ + U₂ + U₃;

 

Вывод:

Ø При подключении потребителей последовательно общее сопротивление цепи увеличится, а общий ток уменьшится (Iобщ = Uобщ/Rобщ);

Ø При последовательном соединении, наибольшее падение напряжения и выделение тепловой энергии будет на потребителе наименьшей мощности, т.е. с наибольшем сопротивлением.

 

Прим. Так как подключение или отключение потребителей при последовательном соединении будет влиять на работу остальных потребителей, такое соединение применяется редко (гирлянда, тяговые двигатели на некоторых локомотивах) – для уменьшения напряжения на каждом потребителе.

Параллельное соединение

При параллельном соединении каждый потребитель подключается на одинаковое напряжение (часто говорят, что напряжение подается на потребитель):

U общ = U1 = U2 = U3;

Общий ток в цепи складывается из токов через каждый потребитель:

I общ = I1 + I2 + I3; (по 1-му закону Кирхгофа)

 

 

В такой схеме складываются не сопротивления потребителей, а их проводимости:

 

G_общ = G₁ + G₂ + G₃; т.е. 1/Rобщ = 1/R₁+ 1/R₂ +1/R₃;

Следствия:

Ø общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет всегда меньше самого наименьшего сопротивления любой из ветви;

Ø при увеличении числа потребителей включенных параллельно, общее сопротивление цепи уменьшается, а общий потребляемый ток увеличивается (увеличивается нагрузка цепи);

Ø больший ток пойдет по цепи с меньшим сопротивлением;

Ø если при параллельном соединении сопротивление потребителей одинаково, то общее сопротивление R _общ можно определять по формуле:

 

R - сопротивление одного потребителя

R _общ = ----

N - количество потребителей

 

3. Смешанное соединение (мостовая схема)

Частным случаем смешанного соединения является мостовая схема.

Мостовая схема имеет четыре плеча A – C – B – D, каждое плечо моста включает в себя потребитель (на данной схеме – резисторы, но могут быть электродвигатели). Так же мост имеет две диагонали

А – С - питающая диагональ

В – D - измерительная диагональ.

 

При одинаковых параметрах потребителей (R1 = R2 = R3 =R4 или, в схеме с двигателями – если они работают в одном режиме)падение напряжений на плечах моста будет равным, и потенциалы точек В и D будут равны (φв = φD). Тогда напряжение на гальванометре равно нулю, т.е. ток через измерительную диагональ не идет. Такой мост называется уравновешенным.

Равновесие моста имеет место не только при равенстве параметров всех потребителей, но и при условии R1 /R4= R2 /R3. При изменении сопротивления любого плеча (один из двигателей выходит из общего режима работы) равновесие моста нарушается, на измерительной диагонали появляется напряжение и ток. Поэтому такая схема используется, в частности, для срабатывания реле боксования в электровозах, тепловозах, секциях электропоездов.

 

Смешанное соединение

Выполняется, когда нужно увеличить и напряжение и поддержать большой ток нагрузки. Т.е. когда ЭДС одного источника не хватает для напряжения на потребитель и один источник не способен выдержать весь ток нагрузки

 

Тепловое действие тока.

Количество тепловой энергии, которая выделяется при прохождении тока по проводнику, определяется законом Джоуля – Ленца:

Q = I ² · R · t, [Дж] (Джоуль).

Прим. 1 Дж = 1 Вт · сек, 1л.с.(лошадиная сила)≈760Вт

 

1.20. Плотность тока.

Плотность тока определяет силу тока, приходящуюся на один квадратный миллиметр площади поперечного сечения проводника.

δ ( дельта (греческий)) = I / S, [ А/ мм² ]

В зависимости от материала проводника, класса изоляции, типа проводки и условий охлаждения определяют номинальную и допустимую (предельную) плотность тока, превышение которой может повредить изоляцию

А А

Пример (для алюминиевых проводов): δ _ном ≈ 6 -----, δ _доп ≈ 9 -----

мм² мм²,

при большей плотности тока плавится изоляция. Это значит, что стандартная алюминиевая проводка сечением 2.5 мм² рассчитана на ток 16А (мощность около 3,5кВт). Предельный ток 23 – 24 А (около 5 кВт). Для медного провода данные значения выше на 30-40%.

Упрощенно, для подбора сечения проводов, используется следующее соотношение: для алюминия – 1 мм² сечения на 1кВт. Для меди - 1 мм² на 2 кВт мощности потребителей.

 

 

Переходное сопротивление.

Это повышенное сопротивление контактов из–за их подгара, малой площади контакта, силы нажатия, окисления и т.п. Из-за недостаточной эффективной площади контакта увеличивается плотность тока и происходит переброс тока по воздуху в виде искрения. Нагрев контактов ускоряет процесс окисления, качество контакта еще более ухудшается.

Для уменьшения переходного сопротивления контакты зачищают, облуживают, вставляют в наконечники, соединяют клеммами, спаивают, выполняют посеребрение контактных поверхностей

 

 

 

Раздел. Электромагнетизм.

Магнетизм -это свойство некоторых тел притягивать к себе железные предметы. Такие тела называют магнитами. Они бывают естественные и искусственные.

 

Свойства магнитов.

ü Наибольшей силой притяжения обладают полюса (в магнетизме, в отличие от электричества полюса обозначаются не (+) и (-), а север (N) и юг (S) от английских слов North и South).

ü Одноименные полюса – отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

ü Разделить полюса невозможно (если разрезать магнит - получиться два отдельных магнита со своими парами полюсов).

ü Магниты размагничиваются от нагреваний и ударов (вибрации).

 

Магнитное поле

Магнитное поле - это особый вид материи, который образуется:

Ø Вокруг магнитов;

Ø Вокруг движущихся электрических зарядов, т.е. проводников с током;

Ø При изменении электрического поля.

 

Всякое изменение электрического поля образует магнитное поле и, наоборот, изменение магнитного поля порождает электрическое. Такое взаимодействие полей называется - электромагнитные волны. В том числе: радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое, инфра-красное излучение и пр.

Магнитное поле обозначается силовыми линиями, которые (в отличие от электрических силовых линий) всегда замкнуты, располагаются не только снаружи, но и внутри источника и направлены в ту сторону, куда поворачивается северный конец магнитной стрелки компаса, т.е. снаружи источника магнитные силовые линии направлены от севера (N) к югу (S).

Примечание: электрические и магнитные поля распространяются во взаимоперпендику-лярных плоскостях.

 

Силовые линии магнитного поля проводника с током распространяются в плоскости, перпендикулярной направлению тока. Направление этих силовых линий определяется по правилу буравчика: буравчик мысленно вворачиваем по направлению электрического тока в проводнике, тогда направление вращения его рукоятки будет указывать направление магнитных силовых линий. Направление тока обозначается крестом (ток – от нас) или точкой (ток – к нам).

Прим. Направление тока в проводнике определяется при помощи стрелки. Если стрелка показывает своё оперение, то ток направлен от нас, если свое остриё, то к нам.

Петля гистерезиса.

Достигнув магнитного насыщения материала (точка а) начнем уменьшать внешнее магнитное поле за счет уменьшения тока в катушке. Материал будет терять свою намагниченность (участок а-б), но медленнее, чем уменьшается внешнее магнитное поле и, когда внешнее поле станет = 0 (точка б), материал останется частично намагниченным – это называется остаточным магнетизмом. Что бы полностью размагнитить материал, нужно изменить направление внешнего магнитного поля (участок б-в). Если продолжать увеличивать внешнее магнитное поле в обратном направлении, материал начнет намагничиваться в обратном направлении (участок в-г), достигнет насыщения (точка г) и т.д.

 

Явление запаздывания изменения собственного маг-нитного поля материала (намагниченности) от изменения внешнего магнитного поля называется гистерезисом, а кривая, характеризующая этот процесс – петлёй гистерезиса.

 

В зависимости от ширины петли гистерезиса все ферромагнетики делятся на 2 группы:

ü Магнитомягкие - имеют узкую петлю, т.е малый остаточный магнетизм, т.е. перемагничиваются легко, поэтому из них делают сердечники электрических машин (трансформаторов, якорей).

 

ü Магнитотвердые (магнитожесткие) - имеют широкую петлю, большой остаточный магнетизм, поэтому из них делают постоянные магниты.

Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, которую надо затратить на перемагничивание материала (нагреву материала).

2.6. Магнитная цепь (магнитопровод). Закон Ома для магнитной цепи. Способы усиления магнитных полей.

Магнитная цепь - это путь (цепь), по которому проходит и замыкается магнитный поток.

Пример - магнитопровод машины постоянного тока. Магнитная цепь замыкается через следующие участки: северный полюс (1) – воздушный промежуток между полюсом и якорем (2) – якорь - промежуток между якорем и южным полюсом– южный полюс (3)– корпус (4).

 

Закон Ома для магнитной цепи:

Энергии в механическую).

Если в магнитное поле поместить проводник с током, то на него будет действовать выталкивающая сила, величина которой зависит от индукции магнитного поля (B), силы тока (I) и длины проводника (L).

F=B*I*L

Направление выталкивающей силы определяется по правилу левой руки: силовые линии входят в ладонь, 4 пальца располагаются по направлению тока, тогда отогнутый большой палец указывает направление выталкивающей силы.

 

 

 

 

Появление выталкивающей силы можно объяснить другим способом:

Вокруг проводника с током образуется собственное магнитное поле (по правилу буравчика), с одной стороны оно усиливает внешнее поле, а с другой ослабляет и проводник выталкивается из зоны сгущения в зону разрежения.

 

Прим. Данный механизм появления выталкивающей силы дает ответ на вопрос - почему гудят провода? – При прохождении по ним переменного тока их магнитные поля взаимодействуют между собой, между проводами возникают то области сгущения, то области разрежения магнитного поля и они начинают вибрировать с частотой около 50 герц.

 

Если из проводника сделать виток, то на него будет действовать пара сил, которая образует вращающий момент Мвр, и виток начнет поворачиваться до определенного положения. Чтобы виток вращался непрерывно, нужно, либо увеличить количество полюсов, либо количество витков, смещенных относительно друг друга, причем, количество витков должно быть не меньше количества полюсов. Витки, соединенные соответствующим образом, образуют обмотку якоря электродвигателя постоянного тока.

Электромагнитная индукция.

Если во внешнем магнитном поле проводник перемещать так, чтобы он пересекал силовые линии, то в этом проводнике будет индуктироваться ЭДС. Такое явление (воздействие изменяющегося магнитного поля на проводник с разделением в нем электрических зарядов) называют электромагнитной индукцией.

Это происходит потому, что магнитное поле действует на свободные электроны проводника, заставляя их смещаться к одному из концов проводника, где накапливается отрицательный заряд. На другом конце проводника из-за недостатка электронов образуется положительный заряд, т.е. появляется напряжение. Если замкнуть цепь, то пойдет ток.

Величина ЭДС зависит:

* от индукции (интенсивности) магнитного поля (В);

* от скорости перемещения проводника(V);

* от длины проводника (L);

E = B*V*L;

 

Прим. Можно сказать, что ЭДС зависит от количества силовых линий, которые будет пересекать проводник за единицу времени, в том числе от угла α, под которым проводник пересекает магнитные силовые линии, т.е.

E = B*V*L*sin α,

это значит, что если проводник перемещается вдоль силовых линий, то α, sin α и ЭДС равны нулю.

 

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки: силовые линии поля входят в ладонь, отогнутый большой палец по направлению движения, 4 пальца укажут направление ЭДС.

В электрических машинах явление электромагнитной индукции реализуется разными способами:

1. Перемещать проводник в магнитном поле (используется в генераторах постоянного тока).

2. При неподвижном проводнике, перемещать само магнитное поле (используется в генераторах переменного тока).

3. Неподвижный проводник поместить в переменное магнитное поле (используется в трансформаторах).

 

2.9. Правило Ленца .

(общие законы природы Ленцсформулировал для электромагнитных явлений)

Самоиндукция.

(Влияние магнитного поля проводника на свой же проводник).

При изменении тока в катушке, меняется и ее магнитное поле. Поэтому в катушке, находящейся в собственном магнитном, появляется ЭДС, которая называется ЭДС самоиндукции. Обозначается – ЕL. ЭДС самоиндукции, по правилу Ленца, всегда направлена против изменения тока. То есть, если ток увеличивается в катушке, то ЭДС направлена против тока. Если ток уменьшается – то ЭДС направлена согласно току.

ЭДС самоиндукции зависит от индуктивности катушки и скорости изменения тока в ней. Соответственно, это выражается данной формулой:

 

ЕL = - L ×∆I/∆t где:

 

- L – индуктивность катушки. Индуктивность показывает, какое магнитное поле способна создать данная катушка. Индуктивность зависит от количества витков катушки, от размеров катушки, от наличия и материала сердечника в катушке, от среды в которой находится катушка. Индуктивность измеряется в Генри (Гн).

Примечание: Под индуктивностью в 1Гн понимается, что при изменении тока в катушке в 1А за 1 сек., в ней возникает ЭДС самоиндукции равная 1 В.

Гн – очень большая единица измерения, поэтому индуктивность реальных катушек измеряется в мГн и мкГн. Например катушка сглаживающего реактора в электропоезде имеет индуктивность «всего» 20мГн

- ∆I/∆t – скорость изменения тока.

- Знак (-) в формуле указывает на то, что ЭДС самоиндукции направлена против изменения тока.

 

Следствия:

1. Из-за ЭДС самоиндукции переменному току оказывается дополнительное (к обычному электрическому сопротивлению R) индуктивное сопротивление Х L.

2. В момент размыкания контактов независимо от рода тока, ток резко уменьшается, что создает большую ЭДС самоиндукции, которая складывается с с ЭДС источника и напряжением цепи и вследствие этого, в сети возникает скачок напряжения, что может повредить другие потребители и образует перенапряжение (Uпер) в самом контакте с пробоем воздушного промежутка и образование электрической дуги.

 

Прим. Особенно сильно проявляются эти эффекты, если проводник смотать в катушку, то есть увеличить индуктивность цепи L, увеличить частоту переменного тока или резко изменять постоянный ток.

Взаимоиндукция.

Если в переменное магнитное поле 1-ого проводника (катушки) поместить другой проводник в нем будет наводится ЭДС взаимоиндукции E_М = - М ×∆I/∆t, где М – коэффициент взаимоиндукции, характеризующий параметры обеих катушек. В основе явления взаимоиндукции лежит принцип работы трансформаторов:

Прим. От ЭДС взаимоиндукции во втором проводнике появится напряжение, называемое наведенным напряжением, величина которого сильно зависит от длины проводника. Это наведенное напряжение может создавать помехи в линиях связи, поэтому их обычно располагают перпендикулярно линиям электропередач. Кроме того при снятии напряжения в одном из проводов контактной сети на двухпутном участке для проведения с ним работ требуется его обязательное заземление, в том числе и от наведенного напряжения, величина которого может достигать несколько киловольт.

Вихревые токи.

Если массивные металлические детали электрических машин и аппаратов будут находиться в переменном магнитном поле, то в них будет индуктироваться ЭДС. Под действием этих ЭДС в деталях возникают вихревые токи, которые замыкаются в плоскостях перпендикулярных магнитному потоку. Так как сечение деталей большое, соответственно электрическое сопротивление маленькое. Поэтому, даже небольшая ЭДС может привести к появлению больших вихревых токов (по закону Ома Iвихр =Ем/Rд). Вихревые токи вызывают нагрев деталей, что может привести к выходу из строя электрических аппаратов.

 

 

Для уменьшения вихревых токов:

1. Детали электрических машин и аппаратов делают шихтованными, то есть их набирают из отдельных листов толщиной до 1мм, разделенных изоляционным лаком. Причем, листы должны быть уложены по направлению магнитных силовых линий.

 

 

2.Шихтовку проводят из листов электротехнической стали, электрическое сопротивление которой в 1,5 раза выше, чем у обычной стали.

Примечание: электротехническая сталь – это сталь с добавлением от 1 до 5 % кремния. Кремний добавляют для улучшения магнитных свойств стали.

 

Прим. Полезное использование вихревых токов: участвуют в работе асинхронных двигателей, используются для нагрева и закалки, в сварке и расплавке деталей, в магнитной дефектоскопии и пр.

 

 

 

 

 

 

Якорные обмотки.

Обмотка якоря состоит из отдельных секций. Секцией называется часть обмотки, концы которой припаиваются к двум коллекторными пластинами, следующими одна за другой по ходу обмотки. Секции могут быть одновитковыми и многовитковыми.

 

 

Части секций, расположенные в пазах якоря, т.е. пересекающие магнитный поток полюсов называется – активными. Части секции, соединяющие активные стороны называют – лобовыми.

Шаг по коллектору – характеризует расстояние между коллекторными пластинами, к которым припаиваются концы одной секции (например, 1-2 или 1-40).

Шаг по пазам – характеризует расстояние между пазами, в которые укладываются активные части одной секции.

Прим. Учитывая, что активные части секций всегда располагаются под разноименными полюсами, то шаг по пазам также характеризует расстояние между серединами полюсов.

В машинах постоянного тока используется в основном 2 типа обмоток: петлевая и волновая.

 

 

3.2.1. Простая петлевая обмотка

При простой петлевой обмотке начало первой секции припаивают к первой коллекторной пластине, а конец ко второй коллекторной пластине. Начало второй секции припаивают ко второй коллекторной пластине, а конец к третьей и т.д., соответственно конец последней секции припаивается к началу первой. То есть, обмотка якоря представляет собой замкнутую катушку, которую при помощи щеток делят на параллельные ветви. Для того, чтобы вращающие моменты всех витков были направлены в одну сторону, количество параллельных ветвей при простой петлевой обмотке должно быть равно количеству полюсов, соответственно необходимо поставить такое же количество щеток. При этом шаг по коллектору (расстояние в коллекторных пластинах между началом и концом одной секции) у простой петлевой обмотки 1-2. При этом ток в обмотке якоря Iя идет по параллельным ветвям, количество которых зависит от количества полюсов (и щеток)

1 – коллекторные пластины;

2 – витки обмотки якоря (секции);

Щетки.

Волновая обмотка применяется при больших напряжениях (1500-3000В), т.е. во вспомогательных машинах локомотивов и, в частности, в тяговых двигателях электропоездов.

Из приведенного рисунка видно, что лобовые изгибы при петлевой обмотке загнуты вовнутрь витка, а при волновой обмотке – наружу витка.

 

Реакция якоря.

Линия, проведённая перпендикулярно оси полюсов через середину расстояния между ними называется геометрической нейтралью.

Линия, проведённая перпендикулярно магнитному потоку полюсов и проведённая через середину расстояния между полюсами называется физической нейтралью.

При отсутствии тока в обмотке якоря физическая и геометрическая нейтрали совпадают.

При протекании тока по виткам якоря они создают магнитное поле вокруг себя. Воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле полюсов машины называется реакцией якоря. В результате реакции якоря основное магнитное поле машины искажается и происходит сдвиг физической нейтрали относительно геометрической.

 

Это приводит к появлению следующих вредных последствий:

1) Размагничивающее действие реакции якоря.

Так как под одним краем полюса магнитное поле усиливается, то под другим уменьшается. Там, где оно усиливается - происходит магнитное насыщение, а где магнитное поле ослабло (причём в большей степени, чем произошло усиление) – размагничивание. Общее магнитное поле уменьшается и уменьшается вращающий момент у тяговых двигателей или ЭДС, если это генератор.

2) Увеличивается вероятность возникновения кругового огня по коллектору.

Так как в витке, проходящем через сгущение магнитных силовых линий, индуктируется большая ЭДС, то увеличивается напряжение между двумя коллекторными пластинами, к которым подсоединяется данный виток, и изоляция между этими коллекторными пластинами может быть пробита. А так как все витки проходят через сгущение магнитных силовых линий, то множество элементарных дуг могут замкнуть две разноимённые щётки между собой. Тогда возникнет мощная электрическая дуга, которая называется круговым огнём по коллектору.

3) Вредные последствия ухудшения коммутации.

Активные стороны той секции, которая замыкается щёткой, лежат на геометрической нейтрали. Из-за реакции якоря в этой секции индуктируется ЭДС вращения, которая увеличивает искрение под щётками.

Коммутация

+

 

 

 

 

 

ток делится на ветви ток = 0 в точке

Перехода пластин

Коммутация – процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую. Секция, которая в момент коммутации замыкается щёткой накоротко, называется коммутируемой секцией. В коммутируемой секции ток меняется как по величине,