Електричні машини постійного струму
1. ПРИЗНАЧЕННЯ, ПРИНЦИП ДІЇ І КЛАСИФІКАЦІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН
Електричні машини призначені для перетворення енергії. Механічну енергію на електричну перетворюють за допомогою електричних генераторів. Електричну ж енергію на механічну— за допомогою електричних двигунів. Машини для перетворення змінного струму на постійний і навпаки, а також частоти або кількості фаз змінного струму називають електромашинними перетворювачами.
Принцип дії, будова і робота різних електричних машин ґрунтуються на використанні деяких фізичних явищ. Найважливіші з них — електромагнітна індукція і взаємодія магнітних (електромагнітних) полів. Ці явища ви вивчали на уроках фізики у 8-му класі. Згадайте такий дослід: провід, з'єднаний з чутливим вимірювальним приладом (гальванометром), переміщують між полюсами підковоподібного магніту, при цьому стрілка гальванометра відхиляється. Дослід показує, що в провіднику під час руху його в магнітному полі виникає електрорушійна сила (ЕРС). її називають ЕРС електромагнітної індукції, або просто ЕРС індукції, а напрям цієї ЕРС визначають, як відомо з курсу фізики, користуючись правилом правої руки: долоню правої руки розміщують так, щоб лінії магнітної індукції входили в неї, а відігнутий під прямим кутом великий палець збігався з напрямом руху провідника, тоді витягнуті чотири пальці руки показують напрям ЕРС індукції.
ЕРС індукції виникає й тоді, коли провідник нерухомий, але міститься в змінному магнітному полі.
Отже, явище електромагнітної індукції полягає в тому, що в провідному контурі, який міститься в змінному магнітному полі або перетинає лінії магнітної індукції постійного магнітного поля, виникає електрорушійна сила індукції.
Згадаємо інший дослід: по проводу, розміщеному між полюсами підковоподібного магніту, пропускають електричний струм — провід переміщується перпендикулярно до ліній магнітної індукції. Дослід показує, що на провід зі струмом у магнітному полі діє сила, напрям якої визначають, користуючись правилом лівої руки: долоню лівої руки розміщують так, щоб лінії магнітної індукції входили в неї, а чотири витягнуті пальці збігалися з напрямом струму в провіднику, тоді відігнутий під прямим кутом великий палець показує напрям сили, що діє на провідник. Сила діятиме на провід зі струмом і тоді, коли в досліді постійний підковоподібний магніт замінити електромагнітом. Проводу можна надати форми рамки; якщо рамку розмістити в магнітному полі і пропустити по ній струм, то вона повернеться навколо своєї осі.
Обертання рамки зумовлене тим, що на її сторони діють сили в протилежних напрямах. А такі сили, як відомо з фізики, створюють обертаючий момент. Розглянуте явище лежить в основі будови і роботи електричних двигунів, багатьох електричних приладів, апаратів. У кожному з розглянутих вище випадків і аналогічних до них (наприклад, коли струм проходить по двох паралельних проводах) виникнення сили можна пояснити взаємодією магнітних (електромагнітних) полів: магнітного поля постійного підковоподібного магніту й магнітного поля, створюваного струмом, який проходить по провіднику; магнітного поля постійного підковоподібного магніту (або електромагніту) і магнітного поля, створюваного струмом, що проходить по рамці; магнітних полів, створюваних струмами, котрі проходять по кожному з паралельно розміщених проводів.
За видом струму розрізняють машини змінного струму і машини постійного струму.
Електричні машини змінного струму поділяють, крім того, на дві групи — синхронні й асинхронні. Щоб зрозуміти ознаки цієї класифікації, розглянемо будову електричних машин. Електрична машина має нерухому частину — статор і рухому — ротор (якір), нерухомо з'єднаний з валом машини. Кожна із цих частин може виконувати будь-яку з двох функцій: створювати або магнітне поле, або ЕРС індукції. Термін «ротор» звичайно вживають тоді, коли говорять про машини змінного струму, а термін «якір» — стосовно машин постійного струму. Кількість обертів ротора (вала машини) за одиницю часу називають частотою обертання електричної машини.
Магнітне поле, що його створює статор, у більшості електричних машин змінюється періодично; часто воно є обертовим магнітним полем. Якщо частота обертання магнітного поля і частота обертання вала електричної машини однакові, такі машини називають синхронними. В асинхронних машинах частота обертання ротора менша за частоту обертання магнітного поля.
Електричні машини експлуатують у різних умовах. А тому залежно від форми виконання розрізняють відкриті й захищені електричні машини, причому захищені можуть бути бризко-захищеними, водозахищеними, пилозахищеними, вибухоза-хищеними та ін.