Proseso ng conversion ng enerhiya sa mga de-koryenteng makina

Ang mga de-koryenteng makina ay hinati ayon sa layunin sa dalawang pangunahing uri: mga electric generator at mga de-koryenteng motor... Ang mga generator ay idinisenyo upang makabuo ng electric power, at ang mga de-koryenteng motor ay idinisenyo upang himukin ang mga pares ng mga gulong ng mga lokomotibo, mga turn shaft ng mga fan, compressor, atbp.

Ang proseso ng conversion ng enerhiya ay nagaganap sa mga de-koryenteng makina. Ang mga generator ay nagko-convert ng mekanikal na enerhiya sa elektrikal na enerhiya. Nangangahulugan ito na upang gumana ang generator, kailangan mong i-on ang baras nito gamit ang ilang uri ng makina. Sa isang diesel lokomotibo, halimbawa, ang isang generator ay hinihimok sa pag-ikot ng isang diesel engine, sa isang thermal power plant ng isang steam turbine, ng isang hydroelectric plant - isang water turbine.

Ang mga de-koryenteng motor, sa kabilang banda, ay nagko-convert ng elektrikal na enerhiya sa mekanikal na enerhiya. Samakatuwid, upang gumana ang makina, dapat itong konektado sa pamamagitan ng mga wire sa isang mapagkukunan ng elektrikal na enerhiya, o, tulad ng sinasabi nila, na naka-plug sa elektrikal na network.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng anumang electric machine ay batay sa paggamit ng mga phenomena ng electromagnetic induction at ang hitsura ng electromagnetic forces sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng mga wire na may isang kasalukuyang at isang magnetic field. Ang mga phenomena na ito ay ginagawa sa panahon ng operasyon ng parehong generator at ang de-koryenteng motor. Samakatuwid, madalas nilang pinag-uusapan ang generator at mga mode ng motor ng pagpapatakbo ng mga de-koryenteng makina.

Sa umiikot na mga de-koryenteng makina, dalawang pangunahing bahagi ang kasangkot sa proseso ng conversion ng enerhiya: ang armature at ang inductor na may sariling paikot-ikot na gumagalaw sa bawat isa. Ang inductor ay lumilikha ng magnetic field sa kotse. Sa armature winding udyok ng e. kasama… at nagkaroon ng electric current. Kapag ang kasalukuyang nakikipag-ugnayan sa armature winding na may magnetic field, ang mga electromagnetic na pwersa ay nilikha, kung saan ang proseso ng conversion ng enerhiya sa makina ay natanto.

Para sa pagganap ng isang proseso ng conversion ng enerhiya sa isang electric machine

Ang mga sumusunod na probisyon ay nagmula sa mga pangunahing teorema ng electric energy ng Poincaré at Barhausen:

1) ang direktang reciprocal na pagbabago ng mekanikal at elektrikal na enerhiya ay posible lamang kung ang elektrikal na enerhiya ay ang enerhiya ng alternating electric current;

2) para sa pagpapatupad ng proseso ng naturang conversion ng enerhiya, kinakailangan para sa sistema ng mga de-koryenteng circuit na inilaan para sa layuning ito na magkaroon ng alinman sa isang pagbabago ng electrical inductance o isang pagbabago ng kapasidad ng kuryente,

3) upang ma-convert ang enerhiya ng isang alternating electric current sa enerhiya ng isang direktang electric current, kinakailangan na ang sistema ng mga electric circuit na idinisenyo para sa layuning ito ay may nagbabagong electrical resistance.

Mula sa unang posisyon ay sumusunod na ang mekanikal na enerhiya ay maaaring ma-convert sa isang electric machine lamang sa alternating electric current na enerhiya o vice versa.

Ang maliwanag na pagkakasalungatan ng pahayag na ito sa katotohanan ng pagkakaroon ng direktang kasalukuyang mga de-koryenteng makina ay nalutas sa pamamagitan ng katotohanan na sa isang «direktang kasalukuyang makina» mayroon kaming dalawang yugto ng conversion ng enerhiya.

Kaya, sa kaso ng isang direktang kasalukuyang electric machine generator, mayroon kaming isang makina kung saan ang mekanikal na enerhiya ay na-convert sa alternating kasalukuyang enerhiya at ang huli, dahil sa pagkakaroon ng isang espesyal na aparato na kumakatawan sa "variable electrical resistance", ay na-convert sa enerhiya mula sa direktang kasalukuyang.

Sa kaso ng isang de-koryenteng makina, ang proseso ay malinaw na napupunta sa kabaligtaran na direksyon: ang enerhiya ng direktang electric current na ibinibigay sa isang de-koryenteng makina ay na-convert sa pamamagitan ng nasabing variable resistance sa alternating electric current na enerhiya, at ang huli sa mekanikal na enerhiya.

Ang papel ng nasabing pagbabago ng electrical resistance ay ginagampanan ng "sliding electrical contact", na sa isang conventional "DC collector machine" ay binubuo ng isang "electric machine brush" at isang "electric machine collector", at sa slip rings " .

Dahil upang lumikha ng isang proseso ng conversion ng enerhiya sa isang de-koryenteng makina, kinakailangan na magkaroon ng alinman sa "variable electric inductance" o "variable electric capacitance" sa loob nito, ang isang electric machine ay maaaring gawin alinman sa prinsipyo ng electromagnetic induction, o sa ang prinsipyo ng electrical induction. Sa unang kaso nakakakuha kami ng isang "inductive machine", sa pangalawa - isang "capacitive machine".

Ang mga makina ng kapasidad ay wala pa ring praktikal na kahalagahan.Ginagamit sa industriya, sa transportasyon at sa pang-araw-araw na buhay, ang mga de-koryenteng makina ay mga inductive machine, sa likod kung saan sa pagsasanay ay nag-ugat ang maikling pangalan na "electric machine", na mahalagang mas malawak na konsepto.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang electric generator.

Ang pinakasimpleng electric generator ay isang loop na umiikot sa isang magnetic field (Fig. 1, a). Sa generator na ito, ang turn 1 ay ang armature winding. Ang inductor ay permanenteng magnet 2, kung saan umiikot ang armature 3.

kanin. 1. Schematic diagram ng pinakasimpleng generator (a) at electric motor (b)

Kapag ang likid ay umiikot na may isang tiyak na dalas ng pag-ikot n, ang mga gilid nito (konduktor) ay tumatawid sa mga linya ng magnetic field ng flux Ф at e ay sapilitan sa bawat konduktor. atbp. s. d. Gamit ang pinagtibay sa fig. 1 at ang direksyon ng pag-ikot ng armature e. atbp. c. sa konduktor na matatagpuan sa ilalim ng south pole, ayon sa kanang-kamay na panuntunan, ay nakadirekta palayo sa amin, at e. atbp. v. sa isang wire na matatagpuan sa ilalim ng North Pole - patungo sa amin.

Kung ikinonekta mo ang isang receiver ng elektrikal na enerhiya 4 sa armature winding, pagkatapos ay isang electric current ang dadaloy ko sa isang closed circuit. Sa mga wire ng armature winding, ang kasalukuyang I ay ididirekta sa parehong paraan tulad ng e. atbp. s. d.

Unawain natin kung bakit, upang paikutin ang armature sa isang magnetic field, kinakailangan na gumastos ng mekanikal na enerhiya na nakuha mula sa isang diesel engine o isang turbine (prime engine). Kapag ang kasalukuyang i ay dumadaloy sa mga wire na matatagpuan sa isang magnetic field, isang electromagnetic force F ang kumikilos sa bawat wire.

Gamit ang ipinahiwatig sa fig. 1, at ang direksyon ng kasalukuyang ayon sa kaliwang tuntunin, ang puwersa F na nakadirekta sa kaliwa ay kikilos sa konduktor na matatagpuan sa ilalim ng South Pole, at ang puwersa F na nakadirekta sa kanan ay kikilos sa konduktor na matatagpuan sa ilalim ng North Pole.Ang mga puwersang ito na magkakasama ay lumikha ng isang electromagnetic moment M. sa direksyong pakanan.

Mula sa pagsusuri ng FIG. 1, ngunit makikita na ang electromagnetic moment M, na nangyayari kapag ang generator ay naglalabas ng elektrikal na enerhiya, ay nakadirekta sa tapat na direksyon sa pag-ikot ng mga wire, samakatuwid ito ay isang braking moment na may posibilidad na pabagalin ang pag-ikot ng generator armature.

Upang maiwasan ang paghinto ng anchor, kinakailangang maglagay ng panlabas na torque Mvn sa armature shaft, kabaligtaran at katumbas ng magnitude sa sandaling M. Isinasaalang-alang ang friction at iba pang panloob na pagkalugi sa makina, ang panlabas na metalikang kuwintas ay dapat na mas malaki kaysa sa electromagnetic moment M na nilikha ng generator load current.

Samakatuwid, upang ipagpatuloy ang normal na operasyon ng generator, kinakailangan upang matustusan ito ng mekanikal na enerhiya mula sa labas - upang i-on ang armature nito sa bawat makina 5.

Sa walang load (na may panlabas na generator circuit nakabukas), ang generator ay nasa idle mode. Sa kasong ito, tanging ang dami ng mekanikal na enerhiya mula sa diesel o turbine ang kinakailangan upang mapagtagumpayan ang friction at mabayaran ang iba pang panloob na pagkawala ng enerhiya sa generator.

Sa pagtaas ng pag-load sa generator, iyon ay, ang de-koryenteng kapangyarihan ng REL na ibinigay nito, ang kasalukuyang dumadaan ako sa mga wire ng armature winding at ang braking torque M. turbines upang magpatuloy sa normal na operasyon.

Kaya, ang mas maraming elektrikal na enerhiya ay natupok, halimbawa, sa pamamagitan ng mga de-koryenteng motor ng isang diesel lokomotibo mula sa isang diesel lokomotibong generator, ang mas maraming mekanikal na enerhiya na kinakailangan mula sa diesel engine na pinaikot ito, at mas maraming gasolina ang dapat ibigay sa diesel engine .

Mula sa mga kondisyon ng pagpapatakbo ng electric generator, na isinasaalang-alang sa itaas, sumusunod na ito ay katangian nito:

1. pagtutugma sa direksyon ng kasalukuyang i at e. atbp. v. sa mga wire ng armature winding. Ito ay nagpapahiwatig na ang makina ay naglalabas ng elektrikal na enerhiya;

2. ang hitsura ng isang electromagnetic braking moment M na nakadirekta laban sa pag-ikot ng armature. Ito ay nagpapahiwatig ng pangangailangan para sa isang makina na makatanggap ng mekanikal na enerhiya mula sa labas.

Ang prinsipyo ng motor na de koryente.

Sa prinsipyo, ang de-koryenteng motor ay idinisenyo sa parehong paraan tulad ng generator. Ang pinakasimpleng de-koryenteng motor ay isang pagliko 1 (Larawan 1, b), na matatagpuan sa armature 3, na umiikot sa magnetic field ng mga pole 2. Ang mga conductor ng turn ay bumubuo ng armature winding.

Kung ikinonekta mo ang coil sa isang pinagmumulan ng elektrikal na enerhiya, halimbawa, sa isang de-koryenteng network 6, pagkatapos ay isang electric current ang sisimulan kong dumaloy sa bawat isa sa mga wire nito.Ang kasalukuyang ito, na nakikipag-ugnayan sa magnetic field ng mga pole, ay lumilikha ng electromagnetic pwersa F .

Gamit ang ipinahiwatig sa fig. 1b, ang direksyon ng kasalukuyang sa conductor na matatagpuan sa ilalim ng south pole ay maaapektuhan ng force F na nakadirekta sa kanan, at ang force F na nakadirekta sa kaliwa ay kikilos sa conductor na nasa ilalim ng north pole. Bilang resulta ng pinagsamang pagkilos ng mga puwersang ito, ang isang electromagnetic torque M na nakadirekta sa counterclockwise ay nilikha, na nagtutulak sa armature na may wire upang paikutin sa isang tiyak na dalas n... Kung ikinonekta mo ang armature shaft sa anumang mekanismo o aparato 7 ( center axis ng isang diesel locomotive o electric locomotive, metal cutting tool, atbp.), pagkatapos ay itatakda ng electric motor ang device na ito sa pag-ikot, iyon ay, bigyan ito ng mekanikal na enerhiya.Sa kasong ito, ang panlabas na moment na MVN na nilikha ng device na ito ay ididirekta laban sa electromagnetic moment na M.

Unawain natin kung bakit nauubos ang elektrikal na enerhiya kapag umiikot ang armature ng isang de-koryenteng motor na nagpapatakbo sa ilalim ng pagkarga. Napag-alaman na kapag ang mga armature wire ay umiikot sa isang magnetic field, ang e ay na-induce sa bawat wire. atbp. na may, ang direksyon kung saan ay tinutukoy ayon sa kanang-kamay na tuntunin. Samakatuwid, kasama ang ipinahiwatig sa fig. 1, b direksyon ng pag-ikot ng e. atbp. c. e sapilitan sa konduktor na matatagpuan sa ilalim ng south pole ay ididirekta palayo sa amin, at e. atbp. s. e sapilitan sa konduktor na matatagpuan sa ilalim ng north pole ay ididirekta sa amin. Fig. 1, b nakikita na e., atbp. Iyon ay, ang sapilitan sa bawat konduktor ay nakadirekta laban sa kasalukuyang i, iyon ay, pinipigilan nila ang pagpasa nito sa mga konduktor.

Upang ang kasalukuyang ay patuloy na dumaloy sa mga armature wire sa parehong direksyon, iyon ay, upang ang de-koryenteng motor ay patuloy na gumana nang normal at bumuo ng kinakailangang metalikang kuwintas, kinakailangan na maglapat ng panlabas na boltahe U sa mga wire na ito na nakadirekta sa e. atbp. c.at higit sa pangkalahatan e. atbp. c. E induced sa lahat ng series-connected wires ng armature winding. Samakatuwid, kinakailangang magbigay ng elektrikal na enerhiya sa de-koryenteng motor mula sa network.

Sa kawalan ng load (panlabas na braking torque na inilapat sa motor shaft), ang de-koryenteng motor ay kumokonsumo ng kaunting enerhiyang elektrikal mula sa isang panlabas na pinagmumulan (mga mains) at isang maliit na kasalukuyang dumadaloy dito sa idle. Ang enerhiya na ito ay ginagamit upang masakop ang panloob na pagkawala ng kuryente sa makina.

Habang tumataas ang load, tumataas din ang kasalukuyang natupok ng de-koryenteng motor at ang electromagnetic torque na nabuo nito. Samakatuwid, ang pagtaas ng mekanikal na enerhiya na inilabas ng de-koryenteng motor habang ang pagtaas ng load ay awtomatikong humahantong sa pagtaas ng kuryente na kinukuha nito mula sa pinagmulan.

Mula sa mga kondisyon ng pagpapatakbo ng de-koryenteng motor na tinalakay sa itaas, sumusunod na ito ay katangian nito:

1. coincidence sa direksyon ng electromagnetic moment M at bilis n. Ito ay nagpapakilala sa pagbabalik ng mekanikal na enerhiya mula sa makina;

2. ang hitsura sa mga wire ng armature winding e. atbp. na nakadirekta laban sa kasalukuyang i at sa panlabas na boltahe U. Ito ay nagpapahiwatig ng pangangailangan para sa makina na makatanggap ng elektrikal na enerhiya mula sa labas.

Ang prinsipyo ng reversibility ng mga de-koryenteng makina

Isinasaalang-alang ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang generator at isang de-koryenteng motor, nalaman namin na ang mga ito ay nakaayos sa parehong paraan at na mayroong maraming pagkakatulad sa batayan ng pagpapatakbo ng mga makinang ito.

Ang proseso ng pag-convert ng mekanikal na enerhiya sa elektrikal na enerhiya sa generator at elektrikal na enerhiya sa mekanikal na enerhiya sa motor ay nauugnay sa induction ng EMF. atbp. pp. sa mga wire ng armature winding na umiikot sa isang magnetic field at ang paglitaw ng mga electromagnetic na pwersa bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng magnetic field at ang kasalukuyang-dalang mga wire.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang generator at isang de-koryenteng motor ay nasa magkaparehong direksyon lamang ng e. d. may, kasalukuyang, electromagnetic torque at bilis.

Ang pagbubuod ng isinasaalang-alang na mga proseso ng pagpapatakbo ng generator at de-koryenteng motor, posible na magtatag ng isang prinsipyo ng reversibility ng mga de-koryenteng makina... Ayon sa prinsipyong ito, ang anumang de-koryenteng makina ay maaaring gumana bilang isang generator at isang de-koryenteng motor at lumipat mula sa generator mode patungo sa mode ng motor. at vice versa.

kanin. 2. Direksyon ng e., atbp. na may E, kasalukuyang I, dalas ng pag-ikot ng armature n at electromagnetic moment M sa panahon ng pagpapatakbo ng isang direktang kasalukuyang electric machine sa mga mode ng motor (a) at generator (b)

Upang linawin ang sitwasyong ito, isaalang-alang ang trabaho Direktang kasalukuyang electric machine sa ilalim ng iba't ibang kondisyon. Kung ang panlabas na boltahe U ay mas malaki kaysa sa kabuuang e. atbp. v. D. sa lahat ng mga wire na konektado sa serye ng armature winding, pagkatapos ay ang kasalukuyang I ay dadaloy sa na ipinahiwatig sa fig. 2, at ang direksyon at makina ay gagana bilang isang de-koryenteng motor, kumokonsumo ng elektrikal na enerhiya mula sa network at nagbibigay ng mekanikal na enerhiya.

Gayunpaman, kung sa ilang kadahilanan e. atbp. c. Ang E ay nagiging mas malaki kaysa sa panlabas na boltahe U, pagkatapos ay ang kasalukuyang I sa armature winding ay magbabago sa direksyon nito (Larawan 2, b) at nag-tutugma sa e. atbp. v. D. Sa kasong ito, magbabago din ang direksyon ng electromagnetic moment M, na ididirekta laban sa dalas ng pag-ikot n... Pagkakataon sa direksyon d., atbp. na may E at kasalukuyang I ay nangangahulugan na ang makina ay nagsimulang magbigay ng elektrikal na enerhiya sa network, at ang hitsura ng isang braking electromagnetic moment M ay nagpapahiwatig na dapat itong kumonsumo ng mekanikal na enerhiya mula sa labas.

Samakatuwid, kapag e. atbp. kasamaE sapilitan sa mga wire ng armature winding ay nagiging mas malaki kaysa sa mains boltahe U, ang makina ay lumipat mula sa motor operation mode sa generator mode, iyon ay, kapag E < U ang makina ay gumagana bilang isang motor, na may E> U — bilang isang generator.

Ang paglipat ng isang de-koryenteng makina mula sa motor mode patungo sa generator mode ay maaaring gawin sa iba't ibang paraan: sa pamamagitan ng pagbabawas ng boltahe U ng pinagmulan kung saan nakakonekta ang armature winding, o sa pamamagitan ng pagtaas ng e. atbp. may E sa armature winding.