2.2.1. ПРИнцип обратимости электрических машин
Предположим, что электрическая машина работает генератором параллельно с сетью, где 
. Электромагнитный момент генератора М является тормозящим, то есть направленным против вращения якоря.
Г
енератор отдает мощность в сеть и ток в обмотке якоря равен 
. При уменьшении механической мощности, подводимой к валу генератора 
, 
и мощность, отдаваемая в сеть, уменьшаются. Если 
, ток 
изменит свое направление на противоположное. Электромагнитный момент, равный 
, тоже изменит свое направление на противоположное и из тормозящего станет движущим, как это видно из рис. 2.22. В этих условиях электрическая машина работает двигателем, преобразуя подводимую электрическую мощность в механическую, снимаемую с вала.
Способность одной и той же электрической машины в зависимости от внешних условий работать как в генераторном режиме, так и в двигательном называется принципом обратимости электрических машин.
У
равнение напряжения для цепи обмотки якоря двигателя, учитывая, что ток 
изменил знак по сравнению с генераторным режимом, можно записать:
. (2.9)
В режиме двигателя всегда 
и
. (2.10)
В зависимости от способа возбуждения и включения обмоток возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются, аналогично генераторам, на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Схемы включения такие же, как и в генераторах (рис. 2.1-2.4).
2.3. Двигатели постоянного тока. Особенности пуска
2.3.1.Энергетический процесс и общие свойства двигателей
Энергетические процессы, происходящие в двигателе, рассмотрим на примере двигателя с параллельным возбуждением с помощью энергетической диаграммы, которая изображена на рис. 2.23. Здесь 
– электрическая мощность, потребляемая из сети
, (2.11)
где 
– потери мощности в обмотке возбуждения.
– электрические потери в цепи обмотки якоря.
Оставшаяся мощность называется электромагнитной.
(2.12)
где 
— потери в стали сердечнике якоря;
– механические потери на трение в подшипниках и щеток об коллектор.
Потери 
– называются потерями холостого хода. Полезная механическая мощность на валу
. (2.13)
Уравнения моментов на валу двигателя можно составить так.
В 
общем случае двигатель развивает электромагнитный момент вращения, который направлен в сторону вращения якоря
,Нм. (2.14)
Если 
выражать в кВт, а 
,
,кГм. (2.15)
В любой интервал времени М уравновешивается следующими тормозными моментами:
моментом холостого хода
, (2.16)
моментом полезной нагрузки на валу
. (2.17)
В неустановившемся режиме работы, когда скорость вращения изменяется возникает динамический момент сопротивления
. (2.18)
С учетом изложенного уравнения моментов на валу (уравнение движения якоря) примет вид:
. (2.19)
или 
, (2.20)
где 
– называется статическим моментом сопротивления.
При установившемся режиме работы, когда 
. (2.21)
Если это равенство нарушается, то скорость вращения двигателя будет изменяться (уменьшаться или увеличиваться) до тех пор, пока (равенство 2.21) не восстановится.
П
ри работе двигателя всегда может возникнуть малое возмущение его установившего-ся режима (кратковременное изменение напряжения в сети, случайные колебания момента нагрузки и т.п.). Под устойчивостью работы двигателя понимается его способность вернуться к исходному режиму работы, когда действие малого возмущения прекратится. Если же двигатель не возвращается к исходному режиму, то он неустойчив в работе.
Устойчивость работы двигателя зависит от вида характеристик M(n) и Mc(n). Пусть эти характеристики имеют вид, как на рис. 2.24. Точка пересечения этих характеристик соответствует установившемуся режиму работы 
.
При случайном увеличении частоты вращения n>n1, Mc>M, двигатель начинает тормозиться и возвращается к частоте n1. При случайном уменьшении частоты вращения n<n1, M>Mc и двигатель ускоряется. Следовательно, в случае представленном на рис. 2.24, двигатель работает устойчиво.
Критерий устойчивости (2.21) должен быть дополнен следующим неравенством:
. (2.22)
Е
сли соотношение (2.22) не выполняется, как показано на рис. (2.25), то работа двигателя будет неустойчивая. Любые случайные отклонения частоты вращения от n1 не позволяют двигателю вернуться к исходному режиму.
Двигатели постоянного тока, как и двигатели переменного тока, обладают, при соблюдении условий устойчивости, свойством саморегулирования, то есть способностью автоматически приспосабливаться к изменившимся условиям работы.
Рассмотрим это на примере двигателя параллельного возбуждения. Пусть U=const, тогда 
и Ф=const. Предположим, момент нагрузки 
увеличился. Тогда 
и частота вращения якоря n начнет уменьшатся. Но ЭДС 
тоже уменьшается, а ток 
и электромагнитный момент 
начнут возрастать до тех пор, пока не восстановится равенство моментов 
. Аналогичный процесс происходит и при уменьшении нагрузки на валу.
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]
В чем заключается принцип обратимости
Обратимость — Обратимость свойство какого либо процесса, выражающееся в существовании другого процесса, симметричного исходному относительно времени. Обратимость тесно связана с изменением энтропии: если процесс сопровождается значительным увеличением… … Википедия
Электрический генератор — Основная статья: Электрогенераторы и электродвигатели Электрогенераторы в начале XX века Электрический генератор это устройство, в котором неэлектрические ви … Википедия
Электричество — (Electricity) Понятие электричество, получение и применение электричества Информация о понятии электричество, получение и применение электричества Содержание — это понятие, выражающее свойства и явления, обусловленные структурой физических… … Энциклопедия инвестора
Ленц Эмилий Христианович — (1804 1865), физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830), ректор Петербургского университета (с 1863). Установил (1833) правило, названное его именем, экспериментально обосновал закон Джоуля Ленца (1842). Дал методы расчёта… … Энциклопедический словарь
Ленц, Эмилий Христианович — (Неіnrich Friedrich Emil Lenz) профессор физики, доктор филологии, тайный советник; род. в Дерпте 12 февраля 1804 г., ум. в Риме 29 января 1864 г. Образование получил в Дерптском университете, занимаясь теологией, филологией и естественными… … Большая биографическая энциклопедия
Ленц Эмилий Христианович — [12(24).2.1804, Тарту, 29.1(10.2).1865, Рим], русский физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830). В 1820 поступил в Дерптский (ныне Тартуский) университет. В 1823, не закончив обучения, занял место физика на шлюпе «Предприятие»,… … Большая советская энциклопедия
Ленц — I (Lentz) Станислав (23.4.1861, Варшава, 19.10.1920, там же), польский живописец и график. Учился в Школе изящных искусств в Кракове (1877 79), варшавском Рисовальном классе (1879 1880) у В. Герсона, в АХ в Мюнхене (1880 84) и академии… … Большая советская энциклопедия
ЛЕНЦ Эмилий Христианович — (1804 65) российский физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830), ректор Санкт Петербургского университета (с 1863). Установил (1833) правило, названное его именем, экспериментально обосновал закон Джоуля Ленца (1842). Дал методы… … Большой Энциклопедический словарь
ЛЕНЦ — Эмилий Христианович (1804 1865), физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830), ректор Петербургского университета (с 1863). Установил (1833) правило для определения направления индукционного тока (правило Ленца), экспериментально… … Русская история
Ленц, Эмилий Христианович — ЛЕНЦ Эмилий Христианович (1804 1865) российский учёный с мировым именем, физик и электротехник, член Петербургской АН (1830), один из основателей Российского географического общества(1845) и основоположников российской океанологии. Окончил… … Морской биографический словарь
Правило правой руки.
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
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
Принцип — обратимость — электрическая машина
Принцип обратимости электрических машин заключается в следующем. [1]
Согласно принципу обратимости электрических машин Сем. [2]
В чем заключается принцип обратимости электрических машин . [3]
Рассмотренный пример иллюстрирует принцип обратимости электрических машин . [5]
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]
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!