Odwracalność maszyn elektrycznych

Podstawowe postanowienia zasady odwracalności maszyn elektrycznych

Zgodnie z prawem Bio-Savarda na przewodnik poruszający się w polu magnetycznym z prądem I, którego kierunek wyznacza reguła lewej dłoni, działa siła F = Bli, (VA). Dlatego jeśli przyniesiesz szczotki do maszyny AC prąd przemienny, wtedy powstanie siła, która spowoduje, że druty ab i cd będą się poruszać w polu magnetycznym, a cewka ab° Сd zacznie się obracać (ryc. 1).

Konieczne jest jedynie, aby częstotliwość prądu odpowiadała częstotliwości obrotów w okresie rozruchu uwaga f = pn... Podobne zjawisko wystąpi, jeśli do szczotek maszyny prądu stałego zostanie przyłożony prąd stały. Kolektor w tym przypadku będzie pełnić rolę falownika, przekształcając dostarczany prąd stały na prąd przemienny wewnątrz twornika (patrz rys. 2).

W ten sposób otrzymujemy silnik elektryczny, który w przeciwieństwie do generatora przetwarza energię elektryczną na energię mechaniczną.

Zgodnie z prawem Lenza prąd indukowany zawsze ma taki kierunek, w którym pojawiająca się siła elektromagnetyczna ma tendencję do hamowania zmiany (ruchu), w wyniku której indukowany jest prąd.

Ryż. 1.Najprostszy alternator

Ryż. 2. Najprostszy generator prądu stałego

Ryż. 3. Generator daje naprzemienną siłę elektromotoryczną, jeśli końce ramy są połączone z pierścieniami. Jeśli są one połączone półpierścieniami (płytami kolektora), prąd w obwodzie będzie pulsował.

Opierając się na wspomnianych prawach i zasadzie działania najprostszych maszyn elektrycznych, możemy sformułować następujące podstawowe przepisy dotyczące przetwarzania energii:

1) bezpośrednia wzajemna przemiana energii mechanicznej i elektrycznej w indukcyjnych maszynach elektrycznych jest możliwa tylko wtedy, gdy ta ostatnia jest energią prądu przemiennego,

2) taka konwersja energii wymaga obwodu elektrycznego o zmiennej indukcyjności (w naszym przypadku jest to pętla obracająca się w polu magnetycznym),

3) aby zamienić prąd przemienny na prąd stały, w obwodzie elektrycznym musi występować zmienny opór elektryczny (jego rolę w maszynach elektrycznych pełni styk szczotka-kolektor, którego rezystancja zmienia się od nieskończoności, gdy szczotka nie dotyka kolektora, do pewnej minimalnej wartości, gdy szczotka całkowicie zachodzi na talerz),

4) każda maszyna elektryczna jest energetycznie odwracalna, to znaczy w zasadzie może pracować zarówno jako prądnica, jak i jako silnik,

5) ponieważ dla manifestacji prawo indukcji elektromagnetycznej wszystko, czego potrzeba, to względny ruch drutu i pola magnetycznego, wtedy każda maszyna elektryczna jest kinematycznie odwracalna, to znaczy może obracać twornik lub cewkę indukcyjną.

Czy praktycznie możliwe jest użycie silnika zamiast generatora?

Zgodnie z prawem E. X.Lenz, prąd indukowany w zamkniętym obwodzie elektrycznym zawsze ma taki kierunek, w którym pojawiająca się siła elektromagnetyczna ma tendencję do zapobiegania tej zmianie (ruchowi), w wyniku której indukowany jest prąd elektryczny. Na tej podstawie każda indukcyjna maszyna elektryczna jest „odwracalna energetycznie”, to znaczy w zasadzie może pracować zarówno jako generator, jak i jako silnik.

Jeśli jednak musisz wiedzieć, do jakiego trybu pracy przeznaczona jest maszyna elektryczna - do generatora czy do silnika, wynika to z faktu, że w praktyce na generator i silnik nakładane są pewne wymagania, które nie zawsze są kompatybilne , a zatem może się okazać, że maszyna elektryczna zaprojektowana jako prądnica nie będzie mogła pracować zadowalająco jako silnik i odwrotnie.

Dlatego każda maszyna musi mieć oznaczenie na "tabliczce" dla jakiego trybu pracy jest przeznaczona przez fabrykę która ją wyprodukowała. Należy również zauważyć, że powstało wiele typów maszyn elektrycznych, które są używane tylko jako generator lub tylko jako silnik.

Kinematyczna odwracalność maszyny elektrycznej

Z punktu widzenia realizacji przemiany energii w maszynie elektrycznej ważny jest jedynie ruch względny jej dwóch głównych organów, a następnie odwracalność kinematyczna maszyny elektrycznej.

Oznacza to, że jeśli wirnik maszyny elektrycznej zostanie zablokowany i pozwoli się stojanowi obracać, zacznie się on obracać, podczas gdy przy niezmienionych połączeniach elektrycznych będzie się obracał w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu wirnika w stojan obraca się (wynika to z praw mechaniki).

Oczywiście, aby stojan mógł się obracać, będzie musiał być wyposażony w odpowiednie łożyska, a ponadto elektryczne styki ślizgowe w celu utrzymania dopływu energii elektrycznej do stojana, jeśli występuje, przed konwersją. Oczywiście, przy cyrkulacji kinematycznej maszyny elektrycznej z wirnikiem wewnętrznym otrzymujemy maszynę elektryczną z wirnikiem zewnętrznym i odwrotnie.