В чем заключается принцип обратимости

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.

Генератор 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.

Уравнение 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.

При 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 M_c(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, M_c>M, двигатель начинает тормозиться и возвращается к частоте n₁. При случайном уменьшении частоты вращения n1, M>M_c 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)

Если 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.

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

Обратимость электрических машин

Обратимость электрических машин вызвана одинаковым устройством преобразователем электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот, и т. п.

Приоритетная функция электрической машины определяет её конструктивные особенности, вследствие которых обратимость становится неравномерной. Так, электрогенератор будет иметь несколько больший КПД, чем используемый в качестве генератора соответствующий по размерам электродвигатель, электродинамический микрофон будет выдавать более качественный звуковой сигнал, чем равная по размерам динамическая головка.

Применение

Данное явление широко используется в электротехнике, например, для электродинамического торможения: двигатель постоянного тока, будучи отключен от питающего его источника, вращаясь по инерции, сразу же переходит в генераторный режим из-за наличия в нём противоэлектродвижущей силы. Если одновременно с отключением от источника двигатель замкнуть на небольшое сопротивление, то под действием противоэлектродвижущей силы в замкнутой цепи якорной обмотки возникнет большой ток, который и создаст в двигателе тормозящий момент, направленный против его вращения, вследствие чего двигатель быстро остановится. Кроме того, генерируемый двигателем ток может подзаряжать аккумуляторы транспортного средства, на котором установлен, либо возвращаться в питающую электросеть, как происходит на некоторых электропоездах и трамваях при торможении или движении под уклон. Такой режим работы транспортного средства называется рекуперативным торможением.

Обратимость иногда используется в электронной технике: например, в некоторых образцах связной аппаратуры динамическая головка в режиме передачи служит микрофоном. Этим достигается улучшение массогабаритных показателей и удешевление изделия. Также известны образцы устройств, в которых светодиод часть времени используется в качестве фотодиода. Таким путём упрощается оптический тракт двунаправленных устройств оптической связи.

Свойством обратимости обладают также гидравлические машины.

См. также

Принцип обратимости: что происходит, когда вы прекращаете тренироваться?

Автор:
Павел Ин

Принцип обратимости, поскольку он относится к спорту и фитнес-тренировкам, означает: если вы не используете его, вы потеряете его. Этот принцип является обоснованным в спортивной науке и тесно связан с биологическим принципом употребления и неупотребления.

В то время как периоды отдыха необходимы для восстановления после тренировок, увеличенные интервалы отдыха снижают физическую форму. Физиологические эффекты фитнес-тренировки будут со временем уменьшаться, заставляя тело вернуться в его предтренинговое состояние.

Детренированность наступает в течение относительно короткого периода времени после прекращения тренировки. Только около 10% силы теряется за 8 недель после окончания тренировки, но 30-40% мышечной выносливости теряется за тот же период времени.

Принцип обратимости не распространяется на поддержание профессиональных навыков. Последствия прекращения практики двигательных навыков, таких как силовые тренировки или спортивные навыки, очень разные.

Навыки, если один раз научился, никогда не забываются, особенно если хорошо учился. Координация хранится в долгосрочной памяти, и моторика остается почти идеальной на протяжении десятилетий, в частности для непрерывных навыков (например, езда на велосипеде, плавание). Если вы прекратите тренировки, с течением времени вы будете терять силу, выносливость и гибкости, но вы вспомните, как выполнить навыки, необходимые при выполнении упражнений и заданий.

Советы о том, как применять принцип обратимости

1. После длительных интервалов отдыха начинайте с программы по восстановлению своей силы и выносливости. Это может быть поездка на базы отдыха астрахань.
2. Перед занятиями спортом активно отдыхайте, чтобы минимизировать последствия детренированности во время межсезонья.
3. Увеличивайте упражнения постепенно и прогрессивно после долгого перерыва. Будьте терпеливы в восстановлении предыдущего уровня физической подготовки. Например, отличным вариантом будет рыбалка в астрахани базы.
4. Не пытайтесь поднимать тяжелый вес без нормальной системы наращивания нагрузки после длительного перерыва. Вы помните, как правильно выполнять подъемы, но вы можете получить травмы, если вы переоцениваете, сколько веса вы можете поднять.
5. Включите упражнения на растяжку, чтобы восстановить гибкость суставов. Это особенно важно для пожилых людей, которые участвуют в различных видах спорта. Или делайте продолжительные прогулки, отправившись на базы отдыха в астраханской области.

• астрахань
• базы отдыха астрахань
• базы отдыха в астраханской области
• навыки
• принцип обратимости
• рыбалка в астрахани базы
• тренировки
• физическая форма
• фитнес