I. WST
P
1. Zasada działania maszyny elektrycznej
Współczesna elektromechanika zaczęła się od prawa Faradaya. Odkrycie zawiera się w tym,
że siła elektromotoryczna (napięcie indukowane) w przewodniku może powstać w trzech
przypadkach:
a) przy przemieszczaniu przewodnika względem pola magnetycznego,
b) przy przemieszczaniu magnesu względem przewodnika,
c) przy zmianie prądu w drugim przewodniku.
Najprostsza maszyna elektryczna (elektromechaniczny przetwornik energii) składa się z
cewki zawierającej pewną liczbę zwojów połączonych szeregowo (Rys. 1). Cewka połączona
jest do zestyków ślizgowych wykonanych w postaci dwóch pierścieni lub półpierścieni oraz
szczotek. Magnesy trwałe mogą być zastąpione elektromagnesami.
Rys. 1 Rys. 2 Rys. 3
Jeśli do uzwojenia umieszczonego w wirniku doprowadzi się prąd przemienny (poprzez
pierścienie ślizgowe), w rozpatrywanej maszynie rozpocznie się przemiana energii
elektrycznej w mechaniczną.
Jeśli poprzez pierścienie ślizgowe popłynie do uzwojenia prąd stały, wirnik zatrzyma się w
położeniu neutralnym, przy którym płaszczyzna uzwojenia jest prostopadła do linii indukcji
pola magnetycznego (rys. 2), a proces nieprzerwanego przetwarzania energii nie wystąpi.
Aby spowodować ciągłe wirowanie wirnika należy przeciąć pierścień ślizgowy, tworząc
dwuwycinkowy komutator. Wówczas przy przejściu cewki przez położenie neutralne,
kierunek prądu w uzwojeniu ulega zmianie, co powoduje dalszy ruch wirnika. W uzwojeniu
wirnika popłynie wtedy prąd przemienny, a komutator jest mechanicznym przekształtnikiem
prądu stałego w przemienny.
Zestyki ślizgowe można wykonać w postaci pierścieni i szczotek, ale wtedy należy dołączyć
jeszcze do nich przemiennik częstotliwości, wykonany np. na elementach półprzewodnikowych.
Podsumowując, w maszynie prądu stałego, tak samo jak w maszynie prądu przemiennego, w
uzwojeniu twornika (uzwojenie tworzące pole magnetyczne) płynie prąd przemienny.
W maszynie elektrycznej (rys. 1) w pewnych chwilach uzwojenie wirnika zostaje zwierane, a
prąd w nim podlega procesom komutacji. Prowadzi to do nierównomierności prędkości
kątowej wirnika i do skoków wartości prądu w uzwojeniu wirnika. Aby ograniczyć te
niepożądane zjawiska, powiększamy liczę cewek oraz liczbę wycinków komutatora (rys. 3).
Aby uzyskać pole wirujące, należy w określony sposób rozłożyć uzwojenia i zasilać je
napięciami przemiennymi przesuniętymi w czasie. W przypadku trójfazowego układu napięć