Ольга Косарева - Шпаргалка по общей электронике и электротехнике

Электрический двигатель был изобретен в 1834 г. русским академик Б.С. Якоби.

Устройство электрических двигателей такое же, как генераторов. Принцип действия электрических двигателей постоянного тока основан на взаимодействии тока, протекающего в обмотке якоря, и магнитного поля, создаваемого полюсами электромагнитов. Мощность, потребляемая двигателем из сети, больше мощности на валу на величину потерь на трение в подшипниках, щеток о коллектор, якоря о воздух, потерь в стали на гистерезис и вихревые токи, потерь мощности на нагрев обмоток двигателя и реостатов. КПД электрического двигателя с нагрузкой меняется. При номинальной мощности величина КПД двигателей колеблется от 70 до 93 % в зависимости от мощности, скорости вращения и исполнения двигателей.

В зависимости от соединения обмотки якоря и обмотки возбуждения электрические двигатели постоянного тока делятся на двигатели с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

Проводники обмотки якоря, по которым проходит ток, находясь в магнитном поле, созданном полюсами, испытывают силу, под действием которой они выталкиваются из магнитного поля. Для того чтобы якорь двигателя вращался в какую-либо определенную сторону, необходимо, чтобы направление тока в проводнике изменялось на обратное, как только проводник выйдет из зоны действия одного полюса, пересечет нейтральную линию и войдет в зону действия соседнего, разноименного полюса. Для направления тока в проводниках обмотки якоря двигателя в момент, когда проводники проходят нейтральную линию, служит коллектор.

В электродвигателе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения включена параллельно в сеть и при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и напряжения сети магнитный поток двигателя должен быть постоянным. С увеличением нагрузки двигателя реакция якоря ослабляет магнитный поток, что приводит к некоторому увеличению скорости. На практике падение напряжения в обмотке якоря подбирают таким, чтобы его влияние на скорость двигателя было почти компенсировано реакцией якоря. Характерным свойством двигателя с параллельным возбуждением является почти постоянная скорость вращения при изменении нагрузки на его валу.

У двигателей с последовательным возбуждением обмотки якоря и возбуждения соединены последовательно. Поэтому ток, протекающий по обеим обмоткам двигателя, будет одинаков. При малых насыщениях стали магнитопровода двигателя магнитный поток пропорционален току якоря.

В электродвигателе со смешанным возбуждением наличие на полюсах двигателя двух обмоток позволяет использовать преимущества двигателей параллельного и смешанного возбуждения. Этими преимуществами являются постоянство скорости и большой вращающий момент при пуске двигателя. Регулировка скорости двигателя со смешанным возбуждением выполняется регулировочным реостатом, включенным в цепь параллельной обмотки возбуждения.

Двигатель-генераторыприменяются редко и обычно пользуются специальными устройствами, преобразующими переменный ток в постоянный и называемыми выпрямителями.В технике наибольшее применение получили два типа выпрямителей:

1) твердые выпрямители;

2) ртутные выпрямители.

Твердыми выпрямителями называют такие, у которых отдельные части изготовлены из твердых тел. Из твердых выпрямителей распространение в технике получили медно-закисные (купроксные), селеновые, кремниевые и германиевые.

Ртутные выпрямители бывают:

1) стеклянные;

2) металлические.

Кроме твердых и ртутных выпрямителей, существуют еще выпрямители: механические, кенотроны, газотроны, электролитические. Кенотроны (ламповые выпрямители) широко применяются в радиотехнике, имеются в большинстве современных радиоприемников, питаемых от сетей переменного тока и т. д. Медно-закисные (купроксные) выпрямители состоят из трех слоев:

1) металл, обладающий свободными электронами в большой концентрации;

2) изоляционный (запирающий), не имеющий свободных электронов;

3) полупроводник, имеющий малое количество свободных электронов. При наличии на малых слоях разности потенциалов в запирающем слое возникает сильное электрическое поле, которое способствует вырыванию свободных электронов из прилегающих к нему слоев.

В селеновых выпрямителях одним электродом является железная никелированная шайба с нанесенным на ней тонким слоем селена. Вторым электродом служит слой из специального, хорошо проводящего сплава висмута, олова и кадмия, напыленного на селен. К этому слою прижата контактная латунная шайба. Для включения элемента в цепь служат пластинки, касающиеся обоих электродов. На границе между покровным слоем и слоем селена возникает запирающий слой.

Действие ртутного выпрямителя основано на так называемой вентильной (односторонней) способности электрической дуги, возникшей в откачанном и заполненном ртутью сосуде, пропускать ток только в одном направлении. Вентиль представляет собой устройство, имеющее малое сопротивление для тока прямого направления и большое сопротивление для тока обратного направления.

Для токов свыше 500 А применяются металлические ртутные выпрямители. Металлический корпус выпрямителя имеет водяное охлаждение. Катодная чаша, изолированная от корпуса, наполнена ртутью. Главные аноды пропущены через анодные рукава, которые предохраняют аноды от ртути, сконденсированной из ее паров. Внутри выпрямителя помещены анод зажигания и аноды независимого возбуждения. Верхний конец анода зажигания прикреплен к стальному сердечнику, помещенному в соленоиде. Если замкнуть цепь тока, питающего соленоид, то сердечник втягивается и опускает анод зажигания, который на короткое время погружается в ртуть и затем под действие пружины возвращается в прежнее положение. Дуга, возникшая между анодом зажигания и ртутью, перекидывается на аноды возбуждения, которые поддерживают дугу, не давая ей погаснуть.

Регулировка выпрямленного напряжения у выпрямителей производится при помощи секционированного трансформатора или автотрансформатора, имеющих ряд ответвлений от своих обмоток. Изменяя величину напряжения переменного тока, питающего выпрямитель, меняют величину выпрямленного напряжения.

Для измерения электрических величин применяются специальные электроизмерительные приборы. Электроизмерительные приборы нашли себе широкое применение для рациональной эксплуатации, контроля и защиты электрических установок в различных отраслях народного хозяйства.

В электроизмерительных приборах различают подвижную и неподвижную части прибора. Проявление электрического тока, например его тепловые, магнитные и механические действия, положены в основу взаимодействия подвижной и неподвижной частей прибора. Возникающий вследствие этого вращающий момент поворачивает подвижную часть прибора вместе с указателем (стрелкой).