Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
университет им. И.И. Ползунова»
Н.И. Задоя
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Часть 1. Введение в электромеханику.
Трансформаторы.
Машины постоянного тока
Учебное пособие для бакалавров направления
«Электроэнергетика и электротехника»
Рубцовск 2014
УДК 621.313
Задоя Н.И. Электрические машины. Часть 1. Введение в электомеханику. Трансформаторы. Машины постоянного тока: Учебное пособие для бакалавров направления «Электроэнергетика и электротехника» / Рубцовский индустриальный институт. – Рубцовск, 2014. – 59 с.
В учебном пособии рассмотрены законы электромеханики, физические и теоретические основы электромеханического преобразования энергии в трансформаторах и машинах постоянного тока, особенности их конструкции, методологические основы их исследования и принципы управления, параметры и характеристики преобразователей. Содержит три главы: введение в электромеханику, трансформаторы, машины постоянного тока.
Учебное пособие предназначено для бакалавров направления «Электроэнергетика и электротехника».
Рассмотрено и одобрено
на заседании НМС РИИ.
Протокол №6 от 01.09.14.
Рецензент: профессор, к.ф.-м. н. В.В. Борисовский
© Рубцовский индустриальный институт, 2014
Содержание
Глава 1. Введение в электромеханику 5
1.1. Введение 5
1.2. Законы электромеханики 7
1.2.1. Первый закон электромеханики 7
1.2.2. Второй закон электромеханики 10
1.2.3. Третий закон электромеханики 11
Глава 2. Трансформаторы 13
2.1. Классификация трансформаторов 13
2.2. Принцип действия трансформаторов 14
2.3. Режим холостого хода трансформатора 17
2.4. Работа трансформатора под нагрузкой 19
2.5. Режим нормального короткого замыкания трансформатора 21
2.6. Внешняя (нагрузочная) характеристика трансформатора 21
2.7. Коэффициент полезного действия трансформатора 22
2.8. Рабочие характеристики трансформатора 22
2.9. Трехфазный трансформатор 22
2.10. Несимметричная нагрузка трансформаторов 24
2.10.1. Применение метода симметричных составляющих 24
2.10.2. Схемы замещения трансформатора для токов прямой
и обратной последовательности 25
2.10.3. Токи нулевой последовательности в трансформаторах 26
2.10.4. Схемы замещения трансформатора для токов нулевой
последовательности 27
2.11. Параллельная работа трансформаторов 30
2.12. Разновидности трансформаторов 32
2.12.1. Многообмоточные трансформаторы 32
2.12.2. Автотрансформаторы 32
2.12.3. Трансформаторы специального назначения 36
2.12.3.1. Сварочные и печные трансформаторы 36
2.12.3.2. Выпрямительные трансформаторы 37
2.12.3.3. Реакторы и реактивные катушки 38
Глава 3. Машины постоянного тока 39
3.1. Конструкция и принцип действия 39
3.2. ЭДС вращения и момент машины постоянного тока 41
3.3. Реакция якоря машины постоянного тока 42
3.4. Коммутация коллекторной машины постоянного тока 42
3.5. Потери мощности в электрических машинах
постоянного тока 44
3.6. Генераторы постоянного напряжения 45
3.7. Энергетическая диаграмма генератора независимого
возбуждения и его характеристики 47
3.8. Генератор параллельного возбуждения 49
3.9. Генератор последовательного возбуждения 51
3.10. Генератор со смешанным возбуждением 52
3.11. Двигатели постоянного тока 53
3.12. Энергетическая диаграмма двигателей постоянного тока 53
3.13. Механические характеристики двигателя с независимым
возбуждением 54
3.14. Механические характеристики двигателя последовательного
возбуждения 56
3.15. Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения 57
3.16. Рабочие характеристики двигателей постоянного тока 58
Список литературы 59
Глава 1. Введение в электромеханику
Введение
Использование природных ресурсов немыслимо без преобразования одних видов энергии в другие. Устройства для такого преобразования энергии, выполняющие механические движения, называются энергетическими машинами. Значительная часть энергии, запасенной в природе в виде химической энергии, ядерной энергии, энергии движения рек и морей, энергии ветра и энергии излучения солнца, преобразуется в современном мире в электрическую энергию. Целесообразность такого преобразования связана с тем, что электрическую энергию с малыми затратами можно передать на большие расстояния, распределить между потребителями и снова преобразовать в механическую, тепловую или химическую энергию.
Машины, совершающие преобразование механической энергии в электрическую или обратное преобразование, называются электрическими машинами.
Электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую, носит название «генератор». Электрическая машина, предназначенная для обратного преобразования, называется «двигателем». Электрические машины обратимы. Электромеханическое преобразование энергии в электрических машинах основано на явлении электромагнитной индукции.
Электрические машины, действие которых основано на законе электромагнитной индукции, называются индуктивными. Простейшим и наиболее распространенным индуктивным преобразователем, при помощи которого переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения, является трансформатор. Его обмотки и магнитопровод взаимно неподвижны, и процесс периодического изменения магнитного поля, в результате которого в обмотках индуктируются ЭДС, осуществляется в трансформаторе электрическим путем.
Индуктивные преобразователи электрической энергии, в которых имеются движущиеся части, называются электрическими машинами.
Наряду с индуктивными электрическими машинами существуют так называемые емкостные электрические машины, в которых электромеханическое преобразование энергии основано на явлении электростатической индукции и связано с периодическим изменением электрического поля в конденсаторе с взаимно перемещающимися электродами. Однако такие машины по своим массогабаритным и стоимостным показателям не могут конкурировать с индуктивными машинами и в промышленном электромеханическом преобразовании энергии не используются.
Электрическая машина как преобразователь энергии является важнейшим элементом любой энергетической или промышленной установки. Она находит широкое применение в качестве генератора, двигателя или преобразователя на электрических станциях, промышленных и сельскохозяйственных объектах, в железнодорожном, автомобильном и электрифицированном городском транспорте, в авиации и космонавтике. Все более расширяется применение электрических машин в системах автоматического управления и регулирования. Электрические машины могут быть рассчитаны для работы с сетью переменного или постоянного тока. В соответствии с этим они разделяются на машины переменного тока и машины постоянного тока.
Машины переменного тока делятся на синхронные и асинхронные (несинхронные) машины переменного тока и трансформаторы.
В синхронных машинах угловая скорость ротора ω p и угловая скорость магнитного поля ω c равны. В асинхронных машинах угловая скорость ротора не равна угловой скорости поля: ω p ≠ ω c. При этом ω p может быть меньше или больше угловой скорости поля. Направления вращения ротора и поля статора могут быть противоположными.
Трансформаторы – электромагнитные преобразователи энергии. В них не происходит преобразования электрической энергии в механическую энергию и обратно, а имеет место преобразование электрической энергии одного вида в другой. Трансформаторы выполняются таким образом, что обмотки не могут перемещаться относительно друг друга.
По режиму работы электрические машины делятся на генераторы и двигатели. В генераторах механическая энергия, подводимая к валу машины, преобразуется в электрическую энергию. В двигателях электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. Одна и та же электрическая машина может работать и двигателем, и генератором. Однако у генераторов и двигателей обычно имеются конструктивные отличия, поэтому на заводском щите машины указывается режим работы.
Синхронные машины могут работать в режиме потребления или отдачи в сеть реактивной мощности. Такие машины называются синхронными компенсаторами.
Электрические машины, как правило, выполняются с одной вращающейся частью – ротором и неподвижной частью – статором. Когда вращается только ротор, машина имеет одну степень свободы. Такие машины называются одномерными.
Электромагнитный момент в электрических машинах приложен и к ротору, и к статору. Если дать возможность вращаться обеим частям машины, они будут перемещаться в противоположные стороны. У машины, в которой может вращаться и ротор, и статор, – две степени свободы. Это двухмерные машины. В навигационных приборах ротором может быть шар, который вращается двумя статорами, расположенными под углом 90°. Такие машины имеют три степени свободы. В космической электромеханике приходится рассчитывать шестимерные электромеханические системы, в которых статор и ротор имеют три степени свободы.
Электрические машины могут иметь возвратно-поступательное движение. Однако в машинах с возвратно-поступательным движением статор и ротор разомкнуты и магнитное поле отражается от краев, что приводит к искажению поля в воздушном зазоре. Краевой эффект в линейных электрических машинах ухудшает энергетические показатели. Низкие энергетические показатели ограничивают применение электрических машин с возвратно-поступательным движением.
Законы электромеханики
Электромеханика является одним из разделов физики, в котором рассматривается электромеханическое преобразование энергии. В электромеханических преобразователях (ЭП) – электрических машинах – осуществляются технические применения электромеханического преобразования энергии.
Электромеханика является фундаментальной наукой, для которой могут быть сформулированы следующие законы.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 231.