Электромеханические преобразователи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ:

Тема: «Электромеханические преобразователи»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Федотов А. О.

Группа: ЭЭ-13-1

       Проверил(а):                 

 

 

Г. Алматы 2014

Электромеханические преобразователи

 

 

 

Электричские машины

Электрические машины, за редким исключением, совершают однонаправленное непрерывное преобразование энергии. Особым видом электрической машины является трансформатор, не имеющий движущихся частей, участвующих непосредственно в преобразовании энергии, но принципиально схожий с генераторами и двигателями. Все электрические машины являются обратимыми (могут быть как генераторами, так и двигателями).

 По назначению разделяют:

• генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую

• двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую

• преобразователи, преобразующие параметры (род тока, напряжение, частота, число фаз переменного тока) электрической энергии

По действию разделяют:

• индуктивные (представлены ниже)

• емкостные (изменение электрического поля

Трансформатор

Трансформатором называется статическая электрическая машина, способная преобразовывать электрическую энергию из одного вида в другой, изменяя её основные параметры — напряжение(трансформатор напряжения), мощность (трансформатор мощности), силу тока (трансформатор тока) или частоту (трансформатор частоты).

Основным параметром любого трансформатора является коэффициент трансформации — величина, равная отношению значений изменяемого параметра (напряжения, тока, мощности или частоты).

 

Синхронная машина

Синхронная машина — это такая электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора равна частоте изменения (вращения) электромагнитного поля статора.

 

Асинхронная машина

Асинхронной машиной, в противовес синхронной, называют такую электрическую машину, в которой частота вращения ротора меньше частоты изменения (вращения) электромагнитного поля статора. Эта разница называется скольжением.

Машина постоянного тока

Машина постоянного тока — электрическая машина, преобразующая энергию в два этапа: электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока при помощипреобразователя частоты (механического выпрямителя — коллектора); электрическую энергию переменного тока в механическую энергию на валу двигателя.

 

Умформер

Умформер (моторгенератор) — устройство, объединяющее, как правило, оба вида машин переменного тока (синхронную и асинхронную), либо переменного и постоянного тока. Преобразует один вид электрической энергии в электрическую энергию другого рода. Является электромеханическим преобразователем электрического тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Электромеханические преобразователи (электрические двигатели), в настоящее время, это непременная составляющая любого производства. В коммунальном хозяйстве и в быту они тоже применяются очень часто. Например, это вентиляторы, кондиционеры, насосы для отопления и т.д. Поэтому, современным инженерам необходимо хорошо разбираться в типах и устройстве этих агрегатов.

Итак, перечислим наиболее часто встречающиеся типы электромеханических преобразователей:

. Электромеханические преобразователи  постоянного тока, с якорем на  постоянных магнитах;

. Электромеханические преобразователи  постоянного тока, с якорем, имеющим  обмотку возбуждения;

. Синхронные электромеханические  преобразователи переменного тока;

. Асинхронные электромеханические  преобразователи переменного тока;

. Серводвигатели;

. Линейные асинхронные электромеханические  преобразователи;

. Мотор-ролики, т.е. ролики, внутри  которых расположены электромеханические  преобразователи с редукторами;

. Вентильные электромеханические  преобразователи.

 

1. История развития электромеханических  преобразователей.

 

Открытие электромагнитной индукции 1 Первый этап развития электромеханических преобразователей

 

История изобретения и усовершенствования электромеханических преобразователей (электродвигателей) постоянного тока берет свое начало в 20-х годах 19 века, когда были созданы первые приборы преобразующие электроэнергию в механическое движение. Первым подобным прибором было устройство Фарадея для взаимного вращения магнитов и проводников тока. В этом приборе впервые была доказана возможность создания двигателя на переменном токе.

В 1824 году ученый П. Барлоу описал в своей книге «Исследование магнитных притяжений» необычное устройство, названное им «колесо Барлоу». Это колесо представляло собой униполярную электромашину, в которой (в результате воздействия магнитного поля от постоянных магнитов на медные колеса по которым был пущен ток) осуществлялось вращение колес. Причем оба колеса вращались в одном направлении.

Также Барлоу установил, что при смене контактов или перемене полюсов происходит немедленное изменение направления вращения.

Правда колесо Барлоу не имело практически никакого технологического значения и являлось лишь демонстрационным прибором, но тем не менее его значение не стоит недооценивать - изобретение Барлоу является одним из «пионеров» среди электродвигателей.

Также, типичным представителем ранних систем электродвигателей является двигатель изобретенный американским физиком Джозефом Генри. Впервые эта система была описана в 1831 году в статье, принадлежащей перу Генри и называвшейся «О качательном движении, производимом магнитным притяжением и отталкиванием».

Несмотря на то, что данная модель не получила серьезного развития, да и сам изобретатель не придавал своему детищу серьезного значения, тем не менее электродвигатель Генри рассматривается как важный исторический вклад в эволюцию электротехнологий.

Электродвигатель Дж. Генри интересен прежде всего тем, что в нем впервые сделана удачная попытка использовать притяжение и отталкивания одноименных полюсов магнита для получения непрерывного движения, если говорить точнее - качания. Изменение полярности магнита за счет перемены напрывления тока, протекающего по обмотке, приводило электромагнит в качательное движение с равномерной амплитудой.

В модели, автором которой был сам Генри, магнит делал в минуту 75 качаний. Мощность его была более чем скромной: построенный в 1831 году двигатель имел мощность всего 0.044 Вт, что крайне мало даже по тем временам.

 

Рисунок 1 - Электродвигатель Генри

 

В течение некоторого времени различные ученые пытались продолжить развивать тему двигателей качательного типа, но постепенно научное сообщество пришло к выводу, что более прогрессивным является схема двигателя с вращением якоря и качательные двигатели были окончательно забыты.

 

2 Второй этап развития электромеханических  преобразователей

 

Этап (1834-1860 гг.)Характеризуется конструкциями с вращательным движением явнополюсного якоря. Однако вращательный момент на валу у таких двигателей обычно был резко пульсирующим.

В 1834 г. Б.С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. Якоби выстроил и обрисовал электродвигатель, который действовал на принципе притяжения и отталкивания меж электромагнитами. Этот движок имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа(4 П-образных электромагнита)размещалась на неподвижной ободе, а иная подобная группа - на вертящемся диске(размещен слева). В качестве родника тока для кормления электромагнитов была использована батарея гальванических частей. Для попеременного конфигурации полярности подвижных электромагнитов служил коммутатор.

Коммутатор представлял собой очень главную и углубленно обдуманную дробь устройства электродвигателя Якоби. Деловито он представлял собой 4 железных кольца, поставленных на валу и отделенных от него; любое перстень имело 4 выреза, какие подходили одной восьмой доли окружности. Вырезы были заполнены изолирующими вкладками; любое перстень было смещено на 45° сообразно отношению к предыдущему. Сообразно окружности кольца скользил рычаг, представлявший собой особую щетку; 2-ой конец рычага был погружен в соответственный сосуд со ртутью, к которому подводились проводники от батареи(сосуды Со Ртутью являлись более распространенными в то время контактными устройствами). Таковым образом, при каждом обороте кольца 4 раза разрывалась электрическая Цепь. К электромагнитам вертящегося диска отступали от колец проводники, укрепленные на валу машинки. 0бмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были объединены поочередно и обтекались током батареи в одном направленности. Обмотки электромагнитов вертящегося диска были еще объединены последовательно, Направленность тока в их с поддержкой коммутатора менялось 8 раз за один кругооборот вала. Следственно, полярность данных электромагнитов еще менялась 8 раз за один кругооборот вала и эти электромагниты попеременно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы. В 1838 г. этот двигатель (0,5 кВт) был испытан на Неве для приведения в движение лодки с пассажирами, т. е. получил первое практическое применение.

Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б.С. Якоби и других исследователей к следующим выводам:

применение электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электрической энергии, т.е. от создания генератора, более экономичного, чем гальванические элементы;

электродвигатели должны иметь по возможности малые габариты и по возможности большую мощность и больший коэффициент полезного действия.

 

3 Третий этап в развитии электромеханических  преобразователей

 

Данный этап (1860-1887 гг.) связан с разработкой конструкций с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом.

На этом этапе нужно отметить электродвигатель итальянца А. Пачинотти (1860 г.). Его двигатель состоял из якоря кольцеобразной формы, вращающегося в магнитном поле электромагнитов. Подвод тока осуществлялся роликами. Обмотка электромагнитов

включалась последовательно с обмоткой якоря (т.е. электромашина имела последовательное возбуждение). Габариты двигателя были невелики, он имел практически постоянный вращающий момент. В двигателе Пачинотти явнополюсный якорь был заменен неявнополюсным.

Барабанный якорь, в котором рабочим является проводник, составляющий виток, был изобретен лишь в 1872 г. В. Сименсом. Еще через 10 лет в железе якоря появились пазы для обмотки (1882 г.). Барабанный якорь машины постоянного тока стал таким, каким мы его можем видеть в настоящее время. Третий этап развития электродвигателей характеризуется открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения, в связи, с чем был окончательно осознан и сформулирован принцип обратимости электрической машины. Питание электродвигателей стало производиться от более дешевого источника электрической энергии - электромагнитного генератора постоянного тока. В 1886 г. электродвигатель постоянного тока приобрел основные черты современной конструкции. В дальнейшем он все более и более совершенствовался. По роду тока электродвигатели стали делиться на машины переменного и постоянного тока; по принципу действия машины переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Асинхронные двигатели отличаются простотой конструкции, малой стоимостью, надежностью в работе. Они являются самым распространенным видом двигателей.

 

2. Основные виды электромеханических  преобразователей. Преимущества и  недостатки.