Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Электрическая машина

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск

Электрическая машина – технологическое устройство, действие которого заключается в использовании механической энергии для получения электромагнитной индукции, которая создаёт в проводнике электрический ток, или наоборот, используя электрический ток для создания в проводнике электромагнитной индукции, чтобы получить механическую энергию, как может и применяться для изменения или преобразования параметров электрической энергии.

Электрическая машина:

История электрических машин[править]

Первые электрические машины были электрофорными, и не годились для применения их в быту, технике и промышленности, но, на основе электрофорных машин Майкл Фарадей создал первую электрическую машину и Джеймс Максвелл вывел электрофизику системой своих уравнений, а российский физик Эмилий Ленц на основе выводов электрофизики Максвелла создал направление индустриальной техники и прогресса – электротехнику. В последующем, российские изобретатели Борис Якоби и Михаил Доливо-Добровольский разработали и создали электрические машины пригодные для практического использования. И, можно сказать, что с этого момента начинается шествие электрических машин в мире техники и прогресса.


Томасу Эдисону оставалось на основе предшественников построить предприятие по выпуску электрических машин постоянного тока, и пытаться передавать электричество на расстояния, только сеть постоянного тока вела к потере большой мощности сети, поэтому передача электричества на большие расстояния была затруднительной. Решением в передачи электричества послужили изобретения и предложения Николы Тесла, чтобы создать и использовать электрические машины переменного тока, как и передача переменного тока на дальние расстояния.

Электрические машины Эдисона[править]

Электрические машины Эдисона, это электрические машины постоянного тока изобретенные и созданные Борисом Якоби, усовершенствованные и промышленно выпускаемые Томасом Альва Эдисоном.

Применение[править]

Электрические машины Томаса Эдисона применяются в основном для электромобилей, и так же в промышленности и быту человека, когда нет электрической сети, но возможно использование электрических аккумуляторов, и для безопасности взрослого человека и ребенка.

Электрические машины Теслы[править]

Электрические машины Теслы, это электрические машины переменного тока, изобретенные и созданные Николой Тесла.

Применение[править]

Электрические машины Николы Тесла применяются в промышленности, технике и быту человека при наличии электрической сети, как и для создания электрической сети или цепи постоянного или переменного тока, так же и для передачи электричества по проводам на дальнее расстояние или определенных районах, и всесторонне используются с пониженным напряжением для безопасности человека в походных условиях.

Современные электрические машины[править]

Современные электрические машины, это в основном устройства работающие в области переменного электрического тока. Хоть и можно сказать, что была война электрических токов, это была только борьба за рынок сбыта и производство, когда в начале создания и развития энергетики противостояли Томас Эдисон и Никола Тесла. Действительно, никакого противостояния не было, в основном только Томас Эдисон и его последователи не хотели отдавать рынок сбыта и производство в своём признании, что электрические сети переменного тока являются фундаментом энергетики и производства.


Стоит отметить, что в 1928 году в США уже перестали развивать электрические сети постоянного тока, полностью убедившись в преимуществах переменного тока. Но, только лишь через 70 лет был начат их демонтаж в Нью-Йорке, и в 1998 году количество потребителей постоянного тока не превышало 4600 единиц, а, в 2007 году в числе потребителей никого не осталось, тогда главный инженер «Консолидейтед Эдисон» символически перерезал кабель, и «Война токов» была окончена.


Сегодня, в основном, все электрические генераторы являются устройствами вырабатывающими электрический переменный ток, как для электрических сетей в энергетике, промышленности и быту, как и разного рода машин, механизмов, атомоходов и электромобилей, только с последующим преобразованием для бортовых электрических сетей постоянного тока.

Свойства и характеристики электрических машин[править]

Электрические машины преобразуют механическую энергию в электрическую или электрическую в механическую, используя для этих целей электромагнитное поле. В электрических машинах используется явление возникновения электромагнитной индукции для необходимого преобразования энергий или изменения и преобразования параметров электрической энергии, таких, как частота, напряжение, сила тока и прочие. Основными частями электрических машин являются создающие электромагнитное поле магнитная система статор или ротор, в которых индуцируется переменная ЭДС (электродвижущая сила) и протекает переменный ток, для необходимого преобразования в области механической и электрической энергий.

Классификация электрических машин[править]

По направлению преобразования механической энергии в электрическую генераторы и двигатели. По роду тока электрические машины подразделяюся на электрические машины постоянного тока и электрические машины переменного тока.


Машины переменного тока в свою очередь делятся по принципу действия на синхронные электрические машины и асинхронные электрические машины. В области применения делятся на электрические машины общего назначения и специализированные электрические машины. При способе создания первичного магнитного поля различают индукционные электрические машины и кондукционные электрические машины. По типу перемещения подвижной части относительно неподвижной изготавливаются вращающиеся электрические машины и линейные электрические машины. В наличии или отсутствии щеточно-коллекторного (щеточно-контактного) узла, электрические машины делятся на категории; контактные электрические машины и бесконтактные электрические машины. И, по виду делятся на машины со стабильной частотой и переменной частотой электрического тока.

Физика электрических машин[править]

Физика для электрических машин постоянного или переменного тока – одинакова, только решает все параметры и характеристики электрической машины с учетом используемого электрического тока, как и его параметров и свойств. Работа электрических машин на физических законах электрических и магнитных явлений, определяемых теоретическими основами электротехники. Основным физическим законом в принципе работы электрических машин является появление ЭДС при создании в проводнике электромагнитной индукции (ЭМИ) при движении проводника в магнитном поле:


{\mathcal  E}=Blv


Где, {\mathcal  E} — электродвижущая сила,B — электромагнитная индукция, l — активная длина проводника в магнитном поле, v — скорость движения проводника.


В результате взаимодействия электрического тока с магнитным полем возникает действующая на проводник электромагнитная сила:


F_{{{\mathcal  E}}}=BIv


И, направление силы F_{{{\mathcal  E}}} можно определить по правилам правой или левой руки. Следовательно, если перемещать проводник в магнитном поле, в проводнике будет возникать ЭДС, что выразится электрическим током с равным магнитному полю электрическим напряжением, что выражает электрическую машину, как электрогенератор. А, если по проводнику пропускать электрический ток с определенным электрическими напряжением и током, то, сила F_{{{\mathcal  E}}} будет перемещать проводник в магнитном поле, что выражает электрическую машину, как электродвигатель. И в этом используется уравнение:


UI=F_{{{\mathcal  E}}}v+{I^{2}}R


Где, U  — электрическое напряжение в проводнике, R  — электрическое сопротивление проводника. И, из этого следует, что общая электрическая мощность электрической машины равна сумме механической составляющей и электрическим потерям в проводнике.


Эти физические основы стали фундаментом электротехники, и возможностью создания первой электрической машины – электродвигателя постоянного тока. Первый промышленного типа электродвигатель постоянного тока был создан российским физиком и изобретателем Борисом Якоби, что дало развитие электрических машин постоянного тока, как доступных во время до существования энергетики.

Электрические машины постоянного тока[править]


Электрические машины переменного тока[править]


Электрические машины переменного тока, как устройство электрический генератор илиэлектрический двигатель, делятся на две категории; коллекторные и безколлекторные. Для электрических сетей переменного тока, с постоянными параметрами напряжения и силы тока применяются электрические машины способные работать только в этих сетях; однофазных, трехфазных, с напряжением 220 Вольт, напряжением 380 Вольт, со стабильной частотой электрического тока, и с переменной частотой электрического тока. Если напряжение электрических сетей бывает однофазное и трех фазное, с напряжением 220 и 380 Вольт, и с силой тока 1-5 Ампер, то, бывают электрические сети со стабильной частотой переменного тока, и с переменной частотой тока в электрической сети, для этого применяются электрические машины переменного тока только рассчитанные на эти параметры. Потому, что такие параметры сетей переменного тока, как напряжение и сила тока являются в электрических сетях постоянным значением, как и в большинстве случаев частота в сетях переменного тока является постоянной. Частота переменного тока используемого в электрическими машинами выражается формулой:


f={\frac  {1}{T}}


Где; f — частота переменного тока, T — период переменного тока.


В электрических машинах независимо от их категории и в сетях переменного тока используется частота предложенная Николой Тесла:


f=50-60 Гц


Синхронное число оборотов электрических машин, генераторов или двигателей, относительно частоты в сетях переменного тока определяется по формуле:


n={\frac  {60f}{p}}


Где, f — частота переменного тока статора, p — число пар полюсов статора.


Частота ЭДС в электрических машинах переменного тока, касательно генераторов, двигателей, преобразователей и прочих подобных машин, определяется по формуле:


f_{{{\mathcal  E}}}={\frac  {np}{60}}


Где, n — число оборотов ротора, p — число пар полюсов статора. И, частота ЭДС в этом случае:


f_{{{\mathcal  E}}}={f}


Для электрических машин переменного тока с изменяемыми оборотами ротора, частота ЭДС в статоре определяется по формуле:


f'_{{{\mathcal  E}}}={\frac  {(n-n')p}{60}}=sf


При,


s={\frac  {(n-n')}{n}}


Где, {n} — номинальное количество оборотов ротора, {n'} — фактическое (переменное) количество оборотов ротора, p — число пар полюсов статора, f — частота переменного тока статора, s — скольжение электромагнитного поля в статоре.


Электрические машины переменного тока имеют более высокое КПД, и поэтому, их часто применяют для генерации электрического тока для сетей переменного тока, и электрические машины переменного тока применяют, как генераторы для сетей постоянного тока с устранением частотных характеристик, что делает электрические машины переменного тока массового распространенными. Электрические машины переменного тока особенно распространены в области с возможностью работы при нестабильных оборотах, как генераторы для автомобильных сетей постоянного тока, когда проще устранить частотную характеристику напряжения, чем бороться за стабильность оборотов и КПД в сфере электрических машин постоянного тока.


Так например, применяются электрические генераторы переменного тока для автомобилей с бортовой системой питания 12-24 Вольт, когда при любых оборотах двигателя вырабатывается переменный ток для сети с напряжением 12-24 Вольт, с постоянной частотой 50 Гц, и силой тока уже зависящей от количества оборотов. Нестабильность оборотов двигателя автомобиля не сказывается на частоте вырабатываемого электрического тока, потому, что компенсируется частотой ЭДС в статоре, которая может варьироваться в положительном и отрицательном значении и всевозможных частотных пределах. Что важно и необходимо для современных автомобильных и прочих бортовых сетей, а частотную характеристику электрического тока убирают простым приспособлением — полупроводниковым выпрямителем. Таким образом, и например, как электрическая машина переменного тока, автомобильный генератор для бортовой сети 12 Вольт, имеет параметры; вырабатываемое напряжение 13-15 Вольт, частота тока 50 или 60 Гц в зависимости от стандарта, получаемая сила тока изменяется в значительных пределах от 1 до 24 Ампер, при всевозможных оборотах двигателя автомобиля, что компенсируется частотой ЭДС в статоре от 50 до 300 Гц в положительном или отрицательном значении скольжения электромагнитного поля статора.


И, часто плавающая частота ЭДС статора улавливается автомобильным радиоприёмником, что говорит о неисправности устройства или защиты этого устройства от всевозможных частотных помех, а горе-автомобилисты и неучи-электрики мотивируют это настолько большими изменениями в частоте электрического тока вырабатываемого генератором.


Действительно, электрические машины переменного тока используются в промышленных устройствах особенно рассчитанных и спроектированных для этого, когда необходимо переменное количество оборотов при стабильных параметрах напряжения и силы тока, чтобы не терялась мощность, но регулировались обороты электрической машины. Тогда обороты регулируются изменяемой частотой электрического тока, и создаётся это посредством частотных преобразователей механического или электронного вида для этих машин, а выражается количество оборотов таких электрических машин переменного тока:


n'={\frac  {60f'}{p}}


Где, {n'} — переменное количество оборотов ротора, {f'} — переменная частота электрической сети, p — число пар полюсов статора.

Электрические трансформаторы[править]

Основная статья: Трансформаторы


Литература[править]

  • «Электрические микромашины» Е. В. Армейский и Г. Б. Фалк, Изд. 2-е перераб. и доп., учебное пособие вузов для электротехнических специальностей, Издательство; «Высш. школа», 1975 год.
  • «Электрические машины. Часть I. Машины постоянного тока и Трансформаторы», В. Е. Китаев, Ю. М. Корхов, В. К. Свирин, учебное пособие для техникумов, Москва, Издательство Высшая школа, 1978 год.
  • «Электрические машины. Часть II. Машины переменного тока», В. Е. Китаев, Ю. М. Корхов, В. К. Свирин, учебное пособие для техникумов. Москва, Издательство Высшая школа, 1978 год.

Статья Электрическая машина из БЭСБЕ[править]

Электрическая машина*

- представляет прибор, служащий при затрате механической работы непрерывным источником электричества. Изобретение первой Э. машины следует отнести к половине XVIII стол. Процесс, происходящий во всех Э. машинах, может быть представлен так. Имеем три тела: А, В и С. Тело А возбуждает в теле В эл. состояние либо трением (прикосновением), либо через влияние, или индукцию (см. Индукция); в последнем случае тело А предварительно заряжается трением. Заряженное тело В переносится к телу С и, отдавши ему свой заряд полностью, затем снова возвращается к телу А и т. д. Поэтому в каждой Э. машине имеются три основные части: 1) производитель или индуктор, если электризация происходит через влияние (А), 2) передатчик (В) и 3) собиратель или кондуктор (С). В каждой Э. машине применяются оба способа возбуждения Э. состояния в теле - трение и влияние, но в различной степени, поэтому различают два рода Э. машин - машины с трением и с влиянием.

Э. машина с трением состоит обыкновенно из стеклянного круга (передатчика), вращающегося на горизонтальной оси. К кругу в некотором месте вблизи окружности прилегают с обеих сторон кожаные подушки (производитель), покрытые амальгамой (1 ч. цинка, 1 ч. олова, 2 ч. ртути). Для лучшего приставания к коже амальгама наносится в смеси с какаовым маслом. При вращении вследствие трения о подушки стекло электризуется положительно, отрицательное же электричество подушек каким-нибудь проводником отводится в землю. При дальнейшем вращении стекло проходит между двумя металлическими гребенками. Гребенки соединяются с изолированным шаром или цилиндром (кондуктор). Положительный заряд стекла возбуждает через индукцию на кондукторе положительное, на гребенках отрицательное электричество. Последнее, стекая чрез ocтрия на стекло, приводит его в нейтральное состояние. При трении о подушки снова происходит электризация, и процесс идет, как уже было сказано выше. Во избежание потери стеклом заряда во время переноса его от подушек к гребенкам полезно закрывать наэлектризованную часть стекла (приблизительно 2/3) шелковым чехлом. Помимо описанного типа, употреблялись машины (Армстронга), основанные на электризации пара (от трения) при выходе из трубки. В настоящее время машины с трением почти совершенно вытеснены из употребления более производительными машинами с влиянием.

Машины с влиянием называются иначе электрофорными, так как процесс получения электричества в них одинаков по сути с процессом в приборе, носящем название электрофора (см. Электрофор). Первые электрофорные машины были почти одновременно изобретены Гольтцем и Теплером. Мы здесь дадим краткое описание позднейших, более совершенных видоизменений этой машины, а именно машин Фосса и Уимшерста. Машина Фосса (фиг. 1) состоит из двух параллельных кругов, из которых один неподвижный, а другой вращается на горизонтальной оси.


B79 360-1.jpg



На подвижном круге (передатчик) наклеены на равных расстояниях оловянные кружки с пуговками посередине. На неподвижном круге, на концах одного диаметра, помещаются две накладки из листового олова, прикрытые бумажными накладками большей величины (индукторы). На концах горизонтального диаметра подвижного круга с внешней стороны находятся две гребенки, соединенные с кондукторами (два стержня с шариками на концах, которые можно сближать или удалять посредством изолирующих ручек). Пуговки при вращении круга касаются двух кисточек из фольги, соединенных с индукторами; прикосновение пуговки к кисточке происходит лишь немного раньше, чем она подойдет к гребенке, находящейся против соответственной накладки. Разберем действие машины. Ради удобства чертежа на схеме (фиг. 2) круг подвижный представлен в виде цилиндра, внутри которого находятся гребенки и кондуктор.



B79 360-2.jpg



Наружный круг опущен, изображены лишь накладки. Пусть, накладка А заряжена каким-либо способом положительно. Через индукцию на проводнике A1N она будет возбуждать в гребенке А 1 отрицательный заряд, который будет переходить на стекло, в N - заряд положительный. Если же шарики сдвинуты, то положительное электричество перейдет в гребенку B1, а оттуда - на стекло. Таким образом, стекло против гребенки А 1 будет заряжено отрицательно. Положительное электричество с гребенки B1 будет переходить на стекло, возбуждая в накладке В отрицательное электричество и отталкивая положительное в кисточку b. Когда круг сделает около пол-оборота и наэлектризованные отрицательно части его подойдут к кисточке b, их заряд будет уничтожаться положительным электричеством, вытекающим с кисточки. В то же время нижняя половина круга по выходе из-под гребенки В 1 будет наэлектризована положительно; через кисточку а положительное электричество будет переходить на накладку А, усиливать ее заряд и т. д. Наэлектризованный подвижной круг вместе с неподвижным образует до некоторой степени конденсатор. После немногих оборотов заряды накладок А и В достигнут максимума, и тогда, раздвигая шарики N и P, получим между ними разряды в виде кисти. На шарике N будет положительное, на P - отрицательное электричество. Вместо громоздких кондукторов, какими снабжались старые машины трения в том случае, когда желательно собрать большое количество электричества, у новейших машин к стержням с шариками N и Р для увеличения емкости присоединяются внутренние обкладки лейденских банок; наружные обкладки их соединяются между собой. Тогда разряды будут следовать один за другим через большие промежутки времени, искра будет яркой и будет сопровождаться треском. Мы предположили при рассмотрении действия машины, что обкладка А уже заряжена, но для этого нет надобности пользоваться посторонним источником, трения кисточек о другой металл (пуговки) обыкновенно бывает достаточно, чтобы вызвать слабую электризацию, а раз она появилась, машина начинает действовать. Если шарики N и Р раздвинуты слишком далеко, то накопившийся на шарике N положительный, а на Р - отрицательный заряды могут через острия переходить на стекло, а затем через кисточки а и b - на обкладки и разрядить или даже перезарядить их, и машина разрядится или изменит свою полярность. Во избежание этого Поггендорф присоединил к машине так называемый, диаметральный кондуктор - изолированный проводник, расположенный симметрично на оси, под углом к главному кондуктору. При нормальном действии машины он не играет роли, но в указанном случае разноименно заряженные половины кругов благодаря ему приходят в нейтральное состояние до их подхода к кисточкам b и а, а потому обкладки предохраняются от разряжения или перезаряжения. Машина Уимшерста (фиг. 3) принадлежит к тому же типу самовозбуждающихся машин.



B79 361-0.jpg


Фиг. 3.


Оба ее стеклянных круга вращаются в противоположные стороны. Наружные стороны стекол снабжены оловянными полосами, расположенными радиально. У каждого круга ее имеется свой диаметральный кондуктор. Действие этой машины схоже с действием машины Фосса. Части кругов, расположенные против одной и той же гребенки, будут наэлектризованы одинаково, но так как круги вращаются в разные стороны, то прочие противолежащие части их будут иметь заряды разноименные. Из электрофорных машин упомянем еще машины Теплова, дающие прекрасные результаты (Хвольсон, "Популярные лекции об электр.", 1886, стр. 35).


Разность напряжений, получаемая в Э. машинах, зависит от расстояний между отдельными частями машины, от сорта стекла (проводимости его) и от атмосферных условий. Чтобы держать машины постоянно в сухой атмосфере, их прикрывают ящиками, внутри которых ставят высушивающие вещества, как, напр., хлористый кальций, серную кислоту. Э. машина с одним подвижным кругом дает разрядный ток максимум в 10 микроампер. Для усиления действия машины делаются иногда с большим числом кругов; так, существуют машины Теплера, имеющие 20-60 стеклянных кругов, помещенных на общей оси. Машина с 20 кругами диаметром в 26 см при 22 оборотах в секунду дает разрядный ток в 0,0081 амп. и напряжение около 75000 вольт. При 60 кругах в 30 см диаметром и 20 оборотах в секунду можно получить ток в 0,02 амп. и разность потенциалов в 100000 вольт. Сила тока зависит от скорости вращения (Stark, "Die Elektricit ä t in Gasen"). Кроме научных целей, Э. машины употребляются еще в медицине, для электризации, называемой "франклинизацией". Подробности об Э. машине см. в полных курсах электричества, Жубер, "Основы учения об электричестве" (перев. под редакцией Столетова); W ü llner, "Lehrbuch der Experimentalphysik" (т. III); Wiedemann, "Die Lehre von der Elektricit ä t" (т. I).

И. Л.

Электрические машины БСЭ 2[править]

Литература[править]

  • Вольдек А.И. Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов. Питер, 2007 - 350 с.
  • Копылов И.П.. Электрические машины. Учебник для ВУЗов. Высшая школа. 2006. 607 с.



Версия статьи

Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: