Электрические машины


СОДЕРЖАНИЕ:

Применение электрических машин

Аннотация

Настоящая работа посвящена изучению машин постоянного тока. В работе рассмотрены области применения электрических машин, их технические характеристики и размеры. На примере двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ) разработали систему электропривода с управлением по скорости.

Курсовая работа состоит из введения, 4 глав, заключения. Работа изложена на страницах напечатанного текста. Содержит 3 таблицы, 9 иллюстраций. Список использованных источников включает 5 наименований.

Задание и исходные данные

В курсовой работе требуется:

1. Рассчитать и вычертить эскиз магнитной цепи (МЦ) машины постоянного тока (МПТ) для одной пары полюсов.

2. Выполнить проверочный расчет магнитной цепи при холостом ходе, построить кривую намагничивания Фd(Ff), определить коэффициент насыщения магнитной цепи.

3. Рассчитать и вычертить схему–развертку обмотки якоря и схему ее параллельных ветвей, для чего необходимо:

– определить параметры обмотки – число секций, число витков в секции, шаги Y1, Y, Y2;

– составить таблицу обмотки;

– вычертить схему–развертку обмотки, нанести на нее контуры главных и дополнительных полюсов.

– вычертить схему параллельных ветвей обмотки якоря, указав номера секций.

4. На примере двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ) разработать систему электропривода с управлением по скорости.

5. Выбрать П или ПИ закон регулирования.

6. Составить структурную схему замкнутого управляемого электропривода на базе ДПТНВ.

Исходные данные:

Диаметр якоря Da, мм Активная длина якоря lа, мм Число пар полюсов р Расчетный коэффициент полюсной дуги аd Отношение t1/bz3 Воздушный зазор d, мм Высота паза hz,мм Высота главного полюса hm, мм Коэффициент магнитного рассеяния s Тип обмотки Число пазов якоря Z Напряжение питания U Угловая скорость n,об/мин
0,68 2,6 4,7 1,25 петл

Режим работы : двигательный.

Содержание

1 Применение электрических машин ……………………………………..

2 Расчет магнитной цепи машины постоянного тока…………………….

2.1 Расчет размеров зубцовой зоны……………………………………….

2.2 Расчет размеров воздушного зазора под главным полюсом………..

2.3 Расчет размеров сердечника главного полюса………………………

2.4 Расчет размеров спинки якоря………………………………………..

3 Якорные обмотки машин постоянного тока…………………………..

4 Электропривод постоянного тока………………………………………

Введение

Электрические машины — это электромеханические преобразователи, в которых осуществляется преобразование электрической энергии в механическую или механической в электрическую. Основное отличие электрических машин от других преобразователей в том, что они обратимы, т. е. одна и та же машина может работать в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию в механическую, и в режиме генератора, преобразуя механическую энергию в электрическую.

В зависимости от рода потребляемого или отдаваемого в сеть тока электрические машины подразделяются на машины переменного и постоянного тока. Машины переменного тока делятся на синхронные, асинхронные и коллекторные.

Большинство машин постоянного тока — это коллекторные машины. Они выпускаются мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. Обмотки возбуждения машин постоянного тока располагаются на главных полюсах, закрепленных на станине. Выводы секций обмотки ротора (якоря) впаяны в пластины коллектора. Коллектор, вращающийся на одном валу с якорем, и неподвижный щеточный аппарат служат для преобразования постоянного тока сети в переменный ток якоря (в двигателях) или переменного многофазного тока якоря в постоянный ток сети (в генераторах постоянного тока).

Конструкция машин постоянного тока более сложная, стоимость выше и эксплуатация более дорогая, чем асинхронных, поэтому двигатели постоянного тока применяются в приводах, требующих широкого и плавного регулирования частоты вращения, или в автономных установках при питании двигателей от аккумуляторных батарей.

Работа любой электрической машины основана на законах электромагнитной индукции. В проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает электродвижущая сила. Используя это физическое явление, можно построить генератор электрической энергии. Если поместить в магнитное поле проводник с током, то он испытывает механическое воздействие, что используют для построения электрического двигателя. Таким образом, электрическая машина должна иметь магнитную систему для создания магнитного поля и совокупность проводников, по которым протекает электрический ток. Можно построить машины, в которых магнитное поле неподвижно, а вращаются проводники. Можно использовать и обратный принцип построения- с неподвижными проводниками и вращающимся полем. Наконец, могут вращаться и магнитное поле, и проводники. В машинах постоянного тока обычно имеется неподвижная часть, создающая магнитное поле, и вращающийся якорь с системой проводников.
Магнитное поле, как правило, создается электромагнитным путем — посредством обмотки возбуждения, находящейся на полюсах магнитной системы.

Применение электрических машин

Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического управления и регулирования, и в быту.

В настоящее время преимущественное распространение имеют сети переменного тока, поэтому в промышленности находят применение главным образом машины переменного тока. Вместе с тем широко используются и машины постоянного тока, несмотря на то, что стоимость их выше, чем машин переменного тока. Это объясняется тем, что они обладают лучшими эксплуатационными характеристиками в отношении регулирования частоты вращения, пуска, реверса и допускают более высокие перегрузки по сравнению с машинами переменного тока.

Широкое применение машин постоянного тока требует большого разнообразия их номинальных данных (мощности, частоты вращения, напряжения) и различных конструктивных исполнений соответственно условиям их установки и эксплуатации.

В настоящее время машины постоянного тока изготовляются на мощности от долей ватт до 12 МВт. Номинальное напряжение их не превышает 1500 В и только иногда для крупных машин доходит до 3000 В. Частота вращения машин колеблется в широких пределах — от нескольких оборотов до нескольких тысяч оборотов в минуту. Наиболее широкое применение нашли машины постоянного тока с механическим коммутатором — коллектором. Коллектор осложняет условия работы машины, но опыт эксплуатации в самых тяжелых условиях работы показал, что правильно спроектированная и качественно изготовленная машина постоянного тока является не менее надежной, чем более простые по конструкции машины переменного тока.

Электродвигатели широко применяют на транспорте в качестве тяговых двигателей, приводящих во вращение колесные пары электровозов, электропоездов, троллейбусов и др. К электрическим вспомогательным машинам относятся электродвигатели компрессоров, вентиляторов, насосов; генераторы служебного тока, в частности тока управления; делители напряжения; возбудители и тахогенераторы на тепловозах.

Обычно вспомогательные машины, механизмы, а в ряде случаев аппараты приводятся во вращение электродвигателями, органически входящими в общую структуру агрегата, например, в исполнении некоторых типов компрессоров, вентиляторов, насосов. Естественно, что в зависимости от способа сопряжения двигателей с механизмами или электрическими генераторами в ряде случаев они должны иметь специальное конструктивное исполнение. Магнитные системы двигателей постоянного и переменного тока выполняются с повышенным воздушным зазором и ненасыщенными для облегчения пуска механизмов.

За последнее время значительно возросло применение электрических машин малой мощности – микромашин мощностью от долей до нескольких сотен ватт. Такие электрические машины используют в устройствах автоматики и вычислительной техники. так называемых микромашин, широко применяемых во многих устройствах автоматики, телемеха­ники, связи, промышленной электроники, счетно-решающей и изме­рительной техники. В новых бурно развивающихся отраслях техники электрические микромашины выполняют весьма важные функции, обеспечивая быстродействующий привод различных исполнительных механизмов, преобразование рода тока, величины напряжения, часто­ты, числа фаз и других электрических параметров, усиление электри­ческих сигналов малой мощности, преобразование угловых перемеще­ний в электрические сигналы, согласование вращения нескольких осей и др. Кроме того, электрические микромашины являются важ­ными элементами различных электробытовых приборов (холодиль­ников, стиральных машин, пылесосов, полотеров, швейных машин, магнитофонов, электробритв и пр.), выпускаемых отечественной про­мышленностью в больших количествах для удовлетворения повсе­дневных нужд людей.

Особый класс электрических машин составляют двигатели для бытовых электрических устройств — пылесосов, холодиль­ников, вентиляторов и др. Мощность этих двигателей невелика (от единиц до сотен ватт), конструкция проста и надежна, и изготовляют их в больших количествах.

В условиях научно-технической революции большое значение приобретают работы, связанные с повышением качества выпускаемых электрических машин. Решение этой задачи является важным средством развития международного экономического сотрудничества. Соответствующие научные учреждения и промышленные предприятия нашей страны ведут работы по созданию новых видов электрических машин, удовлетворяющих современным требованиям к качеству и технико-экономическим показателям выпускаемой продук­ции.

Дата добавления: 2020-09-06 ; просмотров: 2495 | Нарушение авторских прав

Краткая история развития электрических машин

Чтобы глубоко разобраться в закономерностях развития любой отрасли знания, необходимо знать ее историю. История развития электрических машин весьма поучительна и заслуживает внимания [3].

шие. 1.2. Двигатель Фарадея

Принято считать, что история электрических машин начинается с создания М. Фарадеем в 1821 г. электрического двигателя, который представлял собой постоянный магнит 1, вокруг которого вращался проводник с током 2 (рис. 1.2). Скользящий контакт обеспечивался ртутью, налитой в чашу 3, и верхней опорой 4. В двигателе при постоянном токе в проводнике и постоянном магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом, осуществлялось преобразование электрической энергии в механическую.

Открытие Фарадея не было случайным, оно подготовлено работами многих физиков. В 1799 г. итальянский ученый А. Вольта создал электрохимический генератор — вольтов столб, который состоял из цинковых и медных дисков, разделенных прокладками, смоченными кислотой.

Русский академик В. В. Петров в 1802 г. создал батарею из 4200 медных и цинковых пластин, которая имела ЭДС 1700 В и полезную мощность 85 Вт. Ему впервые удалось наблюдать электрическую дугу. Эксперименты с вольтовым столбом позволили изучить тепловые и магнитные действия электрического тока.

В 1820 г. французскими учеными Ж. Био и Ф. Саваром был сформулирован закон действия тока на магнит. В том же году Г. Эрстед опубликовал работу, в которой описывалось отклонение магнитной стрелки под действием электрического тока, а Ф. Араго предложил соленоид. В 1821 г. X. Дэви обнаружил влияние на проводимость температуры и материала проводника. Результаты исследований Г. Ома (закон Ома) были опубликованы в 1827 г.

Электрические и магнитные явления были известны еще в XVIII в. и значительно раньше. Первой работой по электричеству был трактат «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле», который написал английский ученый У. Гильберт в 1600 г. Он назвал электрическими тела, способные электризоваться, и ввел термин «электричество».

О. Гергасе в 1650 г. описал первую электрическую машину трения, которая состояла из сделанного из серы шара. При вращении его натирали ладонями рук.

В начале XVIII в. Ф. Гауксби заменил шар из серы полым стеклянным шаром. В 1743 г. в машину был введен скользящий контакт, который снимал заряды, и машина стала непрерывно отдавать электрическую энергию. В конце XVIII в. изобретена емкостная электрическая машина, ротор которой был выполнен в виде диска диаметром 2 м. Эта машина создавала искры длиной около 2 м.

Атмосферным электричеством, молниеотводами много занимались М. В. Ломоносов, Г. В. Рихмаи, Б. Франклин. В 1783 г. Ш. Кулон сформулировал закон взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов. В это время в России А. Т. Болотовым, И. П. Кулибиным и другими учеными были изобретены переносные емкостные электрические машины, которые использовались для лечения и проведения психологических опытов.

В XIX и XX вв. емкостные машины трения, или электро- форные машины, продолжали развиваться, но как силовые электромеханические преобразователи применялись только индуктивные машины и о емкостных электрических машинах почти забыли.

Рис. 1.3. Колесо Барлоу

В 1823 г. П. Барлоу предложил двигатель (рис. 1.3), который состоял из колеса 1 и постоянного магнита 2. Как и в двигателе Фарадея, скользящий контакт создавался с помощью ртути, налитой в банку 3, и провода, подсоединенного к валу. Питание двигателя осуществлялось от батареи химических элементов.

В 1824 г. Ф. Араго обнаружил, что при вращении медного диска над магнитной стрелкой стрелка увлекается в сторону вращения диска. Это явление получило объяснение только после открытия закона электромагнитной индукции.

Фарадей в 1831 г., проведя тысячи опытов, показал возможность «превращения магнетизма в электричество», открыв закон электромагнитной индукции. В своих опытах он различал два вида индукции: индукцию тока током («воль- та-электрическая индукция» по терминологии Фарадея) и магнитоэлектрическую индукцию («возбуждение электричества при помощи магнетизма»). Однако он заметил, что при дальнейшем изучении различие между двумя видами индукции исчезает.

В первой группе опытов Фарадей наблюдал появление индуктированного тока во вторичной катушке w2 при коммутации первичной катушки w или при взаимном перемещении первичной и вторичной цепей. При этом в некоторых опытах для усиления явления он использовал стальные сердечники (рис. 1.4, а). Следует отметить, что эта установка имела все признаки трансформатора.

Во второй группе опытов индуктированный ток возникал при относительных перемещениях магнита и катушки или при замыкании и размыкании магнитной цепи. Фарадей показал, что на основании этих наблюдений можно построить электромеханический генератор, который состоял бы из магнита и полюсных наконечников, между которыми вращался медный диск (рис. 1.4, б). Если наложить одну щетку на периферию диска, а другую — на ось и в цепь щеток включить гальванометр, то последний при вращении диска фиксирует электрический ток.

Рис. 1.4. Установки, на которых М. Фарадей изучал явления электромагнитной индукции

Исключительно плодотворной и важной частью работ Фарадея явилось представление об электромагнитном поле, которое он первоначально представлял как «электротоничес- кое состояние материи».

Ученый впервые вводит понятие о магнитных силовых линиях. Он приписывал магнитным, а затем и электрическим силовым линиям физическую реальность, наделял эти линии свойством тяжения, т.е. формировал представление о некоторой материальной среде, в которой происходят электромагнитные явления и через которую передаются те или иные действия.

Продолжатель дела Фарадея, его соотечественник Д. К. Максвелл писал о себе, что только переводил идеи Фарадея в математическую форму. Но вместе с тем он дал замечательную характеристику взглядов своего предшественника: «Приступив к изучению труда Фарадея, я установил, что его метод понимания явлений был также математическим, хотя и не представленным в форме обычных математических символов. » [1] Фарадей видел силовые линии, пронизывающие все пространство, там, где математики видели центры сил, притягивающих на расстоянии; Фарадей видел среду там, где они не видели ничего, кроме расстояний; Фарадей предполагал источник и причину явлений в реальных действиях, протекающих в среде, они же были удовлетворены тем, что нашли их в силе действия на расстоянии, приписанной электрическим флюидам.

Сын кузнеца из лондонского предместья, переплетчик, а затем лаборант в химической лаборатории, М. Фарадей стал самой крупной фигурой в электромеханике. Он был членом 68 научных обществ и академий, великим ученым и скромным человеком, автором глубоких научных трудов и популяризатором науки.

В 1832 г. Э. Ленд сформулировал закон о направлении индуктированного тока, а также принцип обратимости электрических машин. В 1838 г. он экспериментально показал возможность работы машины постоянного тока в генераторном и двигательном режимах.

Па первом этапе развития электромеханики на конструкцию электрических машин значительное влияние оказывали успехи в создании паровых машин, в которых возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение вала. В 1831 г. американский физик Д. Генри предложил двигатель возвратно-поступательного движения, в котором подвижный электромагнит 1 поочередно притягивался к постоянным магнитам 2 и отталкивался от них, замыкая и размыкая батареи гальванических элементов 3 (рис. 1.5). Двигатель Генри совершал 75 качаний/мин и имел мощность 0,04 Вт. Совершались и другие попытки создать электродвигатели возвратно-поступательного движения, но будущее было за электрическими машинами вращательного движения.

Рис. 1.6. Двигатель Якоби

Рис. 1.5. Двигатель возвратно-поступательного движения

В 1834 г. петербургский академик Б. С. Якоби построил и описал электродвигатель, который работал за счет притяжения и отталкивания электромагнитов. Этот двигатель имел две группы электромагнитов: одну — вращающуюся 1, а другую — неподвижную 2 (рис. 1.6). Для изменения полярности подвижных электромагнитов использовался коммутатор 3, который состоял из колец, имеющих изолирующие вставки. В четырехполюсной машине было четыре медных и четыре изолирующих вставки. По кольцам скользил контакт, и при вращении осуществлялось изменение направления тока в обмотках подвижных электромагнитов. Напряжение подводилось к контактам 4 от гальванических элементов.

В 1838 г. Б. С. Якоби объединил 40 электродвигателей, работавших на два вала. Вместе с гальванической батареей, состоящей из 320 элементов, этот двигатель был установлен на боте, который с 12 пассажирами плавал по Неве несколько часов при сильном ветре против течения.

Это было первое практическое применение электрических машин. Хотя элск- тродвижение судов стало применяться только через

100 лет, а двигатели на этом принципе не получили развития, работы ученого имели огромное значение для развития электромеханики. Применение двигателя Якоби показало, что гальванические источники электрической энергии не могут обеспечить длительную работу мощных электродвигателей. Необходимо было создавать иные источники электрической энергии. Ими стали электрические машины, работающие в генераторном режиме.

Рис. 1.7. Генератор братьев Пикси

Еще в 1832 г. братья Пикси на основе работ Фарадея сконструировали генератор с вращающимися постоянными магнитами 1. В неподвижных катушках 2 при вращении постоянных магнитов наводился переменный ток (рис. 1.7). Это один из первых генераторов переменного тока. Но переменный ток в то время не находил еще применения, и для выпрямления применялись механические коммутаторы.

Стремление повысить мощность электрических машин приводило к увели

чению числа постоянных магнитов. Первые электрические машины были тяжелыми и громоздкими. В 1840— 1860-х гг. французская фирма «Альянс» выпускала машины постоянного тока с расположенными в ряд 40—50 постоянными магнитами и соединенными последовательно или параллельно несколькими десятками катушек, расположенных на якоре. Такие машины мощностью 6—10 л. с. весили около 4 т. Большую часть массы машины составляли постоянные магниты.

Машины с самовозбуждением, в которых обмотка возбуждения подключалась к якорю, появились после 1867 г., когда В. Сименс применил принцип самовозбуждения для генератора последовательного возбуждения. Первые патенты на самовозбуждение были получены С. Хиортом в 1854 г. и А. Иедликом в 1856 г.

В 1870 г. немецкий ученый 3. Грамм получил патент на самовозбуждающийся генератор с кольцевым якорем

(рис. 1.8). На кольцевом якоре 1, намотанном из стальной проволоки, располагалась кольцевая замкнутая обмотка 2. Отпайки от обмотки выведены на коллекторные пластины 3, по которым скользят щетки 4. На станине имеются электромагниты 5 с полюсными наконечниками 6.

Рис. 1.8. Электрическая машина с кольцевой обмоткой Пачинотти — Грамма

Обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой.

За 10 лет до Грамма якорь с кольцевой обмоткой запатентовал итальянец А. Пачинотти, но не сумел его применить. Кольцевой якорь принято называть якорем Пачинотти — Грамма, а распределенную обмотку называют граммовской обмоткой.

Изобретение кольцевой обмотки имело решающее значение для развития электрических машин. Если двигатель Фарадея по существу был униполярной машиной, которые в настоящее время находят ограниченное применение, а в двигателе Якоби обмотка якоря состояла из катушек и была разомкнутой, то замкнутая обмотка является основой почти всех современных машин. В разомкнутых обмотках происходят отключение и включение катушек, при этом почти вся энергия, запасенная в магнитном поле, преобразуется в тепло. В граммовской непрерывной обмотке при коммутации, когда секции обмотки переходят из одной параллельной ветви в другую, магнитное поле практически остается неизменным.

В 1873 г. Ф. Гефнер-Альтенек и В. Сименс создали машину с барабанным якорем, которая имела все основные элементы современной машины постоянного тока (рис. 1.9). В машине Грамма обмотка якоря, намотанная вокруг тороидального сердечника якоря, применялась нерационально, так как ЭДС наводилась только в части витка, расположенной на внешней части сердечника якоря, обращенной к полюсам. В якоре Сименса обе стороны витка обмотки располагались на внешней части сердечника, что обеспечивало лучшее использование меди и технологичность изготовления машины.

В 1880 г. Т. Эдисон предложил сделать якорь машины постоянного тока шихтованным из стальных изолированных друг от друга листов. В том же году для улучшения охлаждения X. Максим придумал разделять якорь на пакеты. В 1884 г. была предложена компенсационная обмотка, а в 1885 г. — дополнительные полюсы, которые улучшали коммутацию машины постоянного тока.

Рис. 1.9. Электрическая машина с барабанным якорем

До конца 1870-х гг. электрическая энергия использовалась для освещения, и переменный ток долго не находил применения. Большое влияние на развитие однофазных сетей переменного тока оказали работы русского изобретателя П. Н. Яблочкова, который создал свечу для освещения улиц и помещений (1878 г.), индукторный генератор (1877 г.) и однофазный трансформатор с разомкнутым сердечником (1876 г). Хотя еще М. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции, а Б. С. Якоби и Г. Румкорф в 1840—1850-х гг. использовали индукционные катушки, изобретение П. Н. Яблочковым силового трансформатора с двумя отдельными обмотками имело важное значение для развития электротехники.

Коэффициент трансформации в трансформаторе II. Н. Яблочкова был равен единице. В 1882 г. Л. Голяр и Э. Гиббс предложили однофазный трансформатор с коэффициентом трансформации, не равным единице, и выдвижной сердечник,

Рис. 1.10. Трансформатор Блати, Дэри и Циперновского

с помощью которого плавно регулировалось напряжение. Братья Гопкинсоиы в Англии в 1884 г. создали однофазный трансформатор с замкнутым сердечником и чередующимися обмотками высшего и низшего напряжений. В 1885 г. венгерские электротехники О. Блати, М. Дэри и К. Циперновский изобрели кольцевой, броневой и стержневой трансформаторы, имеющие высокие технико-экономические показатели. Они и ввели термин «трансформатор». В первых трансформаторах (рис. 1.10) сердечник 1 выполняли из стальной проволоки. Обмотка низкого напряжения 2 наматывалась ближе к сердечнику, а па нее наматывалась обмотка высокого напряжения 3. Масляное охлаждение трансформаторов применено Д. Свинбер- гом в 1880 г.

Электроэнергетика в 1870—1880-х гг. делала первые впечатляющие шаги. В 1879 г. В. Сименс на Берлинской выставке показал первую электрическую железную дорогу. В 1882 г. М. Депре передал на расстояние 57 км 2 кВт напряжением 1500—2000 В постоянного тока. Ф. Энгельс в 1883 г. но поводу этого писал: «. это колоссальная революция. Паровая машина научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества откроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии: теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет, одну в другую и обратно и применять их в промышленности. Эго открытие окончательно освобождает промышленность почти от всяких границ, налагаемых местными условиями, делает возможным использование также и самой отдаленной водяной энергии, и если вначале оно будет полезно только для городов, то в конце концов оно станет самым мощным рычагом для устранения противоположности между городом и деревней» [2] .

Системы однофазного переменного тока хотя и позволяли передавать энергию на большие расстояния, не решали проблемы применения переменного тока в промышленности. Однофазные двигатели переменного тока не имели пускового момента, имели низкие энергетические показатели и не годились для применения в электроприводах.

В конце 1880-х гг. Г. Феррарис и Н. Тесла создали двухфазный двигатель переменного тока, вращающееся магнитное поле в котором создавалось катушками, сдвинутыми в пространстве на 90°, и токами, сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 90°. Модель двухфазного двигателя Феррариса показана на рис. 1.11.

В 1889 г. выдающийся русский электротехник М. О. До- ливо-Добровольский предложил трехфазную систему пере-

менных токов и в том же году построил первый трехфазный асинхронный двигатель и трансформатор. В качестве источника трехфазного тока он использовал машину постоянного тока, сделав три отпайки от обмотки под углом 120° и выведя их на три кольца. Весной 1889 г. был построен первый асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 180 Вт. Затем начали изготовляться более мощные двигатели с короткозамкнутой и фазной обмотками на роторе (рис. 1.12).

ние. 1.11. Модель двухфазного асинхронного двигателя Феррариса

Трехфазный трансформатор был построен сначала с радиальным расположением обмоток, а в 1891 г. Доливо-Доб- ровольский получил патент на трехфазный трансформатор с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости. Такая конструкция трансформатора применяется и в настоящее время.

Уже в 1891 г. на Международной электротехнической выставке была осуществлена передача трехфазпым переменным током 230 кВ А при напряжении 15 кВ на расстоя

Рис. 1.12. Общий вид двигателя Доливо-Добровольского

ние 170 км. Максимальный КПД передачи был 75,2%. Трех- фазпая система переменного тока с начата 1890-х гг. прочно вошла в энергетику.

В 1899 г. паровая турбина была впервые соединена с турбогенератором мощностью 1 МВт. Начатось внедрение электричества во все отрасли промышленности. Стали строиться мощные электрические станции, крупные синхронные и асинхронные машины и трансформаторы. Впоследствии отдельные станции объединились в энергосистемы, мощности которых достигли сотен миллионов киловатт. В XX в. наряду с другими отраслями промышленности бурно развивалась электротехническая промышленность.

Мощности машин возросли в 100 и 1000 раз, расход материалов на единицу мощности был уменьшен в 10—100 раз. Для различных областей техники были созданы уникальные электрические машины не только как силовые преобразователи, но и как индикаторные устройства для точнейших навигационных и других систем автоматики.

В последние десятилетия патентные организации во всем мире выдают патент с названием «Электрическая машина». Трудно выделить из этого потока выдающиеся изобретения, так как было создано слишком много уникальных электромеханических систем, позволивших решить сложнейшие технические проблемы. Электрические машины прочно вошли во все сферы нашей жизни. Человек быстро к ним привык и в век урбанизации на фоне других удивительных достижений перестал их замечать. В середине XX в. произошло слияние электрических машин с машинами-орудиями и управляющими элементами, магнитными усилителями и полупроводниковыми преобразователями. Развивалось специальное машиностроение. Появились элекгромашин- ные усилители, различные исполнительные двигатели, шаговые двигатели, импульсные генераторы, МГД-генераторы и многие другие уникальные электрические машины. Однако создатели их, как правило, делая исторический обзор, указывали на аналоги (хотя и не очень схожие), созданные изобретателями в XIX в.

Начав свою историю с машин, в которых электромеханическое преобразование энергии осуществлялось в электрическом поле, в XIX—XX вв. электромеханика достигла поразительных успехов благодаря индуктивным электрическим машинам, в которых преобразование энергии осуществляется маг нитным полем. За это время в области емкостных

машин были лишь отдельные удачные технические решения. В 1870 г. Дж. Уимшерст создал машину трения, которая демонстрируется в школах на курсах физики. В 1936 г. Р. Ван-де-Грааф построил генератор напряжением 6 млн В и мощностью 6 кВт, который применяется в испытательных установках для получения высоких постоянных напряжений. Как силовые преобразователи емкостные машины, несмотря на усилия выдающихся физиков А. Ф. Иоффе, Н. Д. Папалскси, Л. И. Мандельштама и других, не нашли практического применения. Но это не значит, что у емкостных машин нет будущего, они таят в себе большие возможности и должны внести свой вклад в развитие электромеханики.

Параллельно с созданием электрических машин развивалась теория электромеханического преобразования энергии. Почти все выдающиеся ученые XVI11—XIX вв. внесли свой вклад в развитие электротехники. Теории электрических машин касались М. В. Ломоносов, А. Ампер, Г. Ом, Д. Джоуль, Э. Ленд, Г. Гельмгольц и другие выдающиеся физики.

Каждый электрик должен знать:  Как рассчитать мощность светодиодной ленты

Особые заслуги в развитии электромагнитной теории принадлежат Д. К. Максвеллу, который в «Трактате об электричестве и магнетизме» (1873 г.) изложил математическую теорию электромагнитного поля. Уравнения Максвелла описывают теорию поля и являются фундаментом теории электромеханического преобразования энергии.

Большое значение для развития теории электрических машин имели работы профессоров Н. А. Умова и Д. Пойн- тинга.

Первой теоретической работой по проектированию электрических машин можно считать работу Э. Арнольда по теории и конструированию обмоток, вышедшую в 1891 г.

Важное значение имели работы Г. Феррариса по теории трансформаторов и однофазных двигателей (1893 г.). Большое значение имели работы М. О. Доливо-Добровольского, создавшего основы теории и проектирования трансформаторов, им заложены основы проектирования асинхронных машин (1893 г.). Теорией трансформаторов в 1890-х гг. плодотворно занимались Г. Каппа, X. Бен-Эшенбург и др.

Круговую диаграмму асинхронной машины предложил А. Гейланд (1894 г.), а более точную диаграмму — Г. Осанна (1900 г.). Математическое доказательство существования круговой диаграммы асинхронной машины дал К. А. Круг в 1907 г.

Большое значение для развития теории электрических машин имело введение в 1897 г. И. Штейнметцем символического метода и в 1920-х гг. Ч. Фортескью — метода симметричных составляющих.

К 1930-м гг. трудами многих ученых, и в первую очередь Э. Арнольда, А. Блонделя, М. Видмара, Л. Дрейфуса, К. А. Круга, В. С. Кулебакина, Р. Рихтера, К. И. Шенфера и других, была создана классическая теория установившихся режимов электрических машин. К этому времени написаны классические учебники по всем разделам электрических машин, в которых излагалась теория установившихся режимов электрических машин.

В довоенные и послевоенные годы большой вклад в развитие теории электрических машин внесли советские ученые В. П. Апаров, А. И. Вольдек, В. Т. Касьянов, М. П. Костенко, А. Н. Ларионов, Р. А. Лютер, Г. Н. Петров, Л. М. Пиотровский, П. С. Сергеев, В. А. Толвинский и др.

Важной вехой в развитии теории электрических машин является появление в 1930—1940-х гг. работ Г. Крона по общей теории электрических машин. Крон предложил модель и уравнения обобщенной машины, из которых могут быть получены уравнения всех видов индуктивных машин. Обобщения, сделанные им, значительно продвинули теорию электрических машин.

В последние десятилетия вычислительные машины позволили решать сложные системы дифференциальных уравнений, описывающие переходные и установившиеся режимы электрических машин с учетом нелинейностей, песинусоидалыюсти питающего напряжения, многих контуров на статоре и роторе и других факторов, которые ранее при анализе процессов преобразования энергии не учитывались [7J.

Трудами многих ученых — Б. Адкинса, Г. Вудсона, А. А. Горева, Л. Н. Грузова, Е. Я. Казовского, И. Ковача, Г. Н. Петрова, И. И. Трещева, Д. Уайта и иными — теория переходных процессов электрических машин продвинулась далеко вперед.

История развития электрических машин продолжается сегодня в многотысячных производственных, научных и учебных коллективах электромехаников, созданных И. А. Глебовым, А. Г. Иосифьяном, И. М. Постниковым, В. В. Романовым, Н. С. Сиуновым, Г. А. Сипайловым, Г. Н. Петровым и многими другими учеными [3].

В послевоенные годы достижения земной электромеханики были перенесены в космос и появилось новое направление в развитии электромеханики — космическая электромеханика, достижениями которой обусловлены успехи в развитии космонавтики. В середине 1990-х гг. автор настоящего учебника перенес достижения космической электромеханики на астрофизические объекты и положил начало развитию геоэлектромеханики — электромеханики планеты Земля и гелиоэлектромеханики — электромеханики Солнечной системы [5, 4].

Электрические машины и аппараты

Читайте также:

  1. Абсорбционная и пароэжекторная холодильные машины
  2. Аммиачной холодильной машины
  3. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
  4. Атомные электрические станции
  5. Виртуальные машины
  6. Внезапное короткое замыкание синхронной машины
  7. Вопрос 10. Баланс мощности поливомоечной машины.
  8. Вопрос 22. Баланс мощности подметально-уборочной машины.
  9. Вопрос 23. Производительность подметально-уборочной машины.
  10. Вопрос 9. Требования к насосной установке поливомоечной машины
  11. Вопрос №11. Производительность поливомоечной машины.
  12. Вопрос №56. Машины для пересадки деревьев и кустарников.

Общие определения электрических машин.Электрические машины преобразуют энергию одного вида в энергию другого вида. Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется двигателями. Электрическая машина может изменять направление преобразования энергии — это свойство называется обратимостью машины. Электрическая машина может служить также для преобразования (частоты, числа фаз переменного тока, напряжения постоянного тока) — это преобразователи. Электрические машины делятся на машины постоянного и переменного тока, последние могут быть как однофазные, так и многофазные. Наиболее широкое применение нашли трехфазные синхронные и асинхронные машины. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статором называется неподвижная часть машины, а ротором ее вращающаяся часть.

Сердечник статора набирается из стальных пластин, толщиной 0,5 мм. Пластины штампуют, делая в них пазы, и изолируют друг от друга лаком для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины собирают в отдельные пакеты и крепят к станине двигателя. К станине также крепят боковые щиты с подшипниками, на которые опирается вал ротора. В продольных пазах статора укладывают проводники его обмотки. На щитке машины имеется 6 зажимов, к которым присоединяются начала и концы обмоток каждой фазы. Для включения обмоток статора в сеть, треугольником, на щитке машины верхние зажимы соединяют перемычками с нижними, а каждую пару соединенных вместе зажимов к линейным проводам сети. Для включения в сеть «звездой» три нижних зажима на щитке соединяют перемычками в общую точку, а верхние подключают к линейным проводам сети. Сердечник ротора также набирают из стальных пластин, толщиной 0,5 мм, изолированных лаком для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины, образуя цилиндр с продольными пазами. В пазах укладывают проводники обмотки ротора.

Действие всякой многофазной машины основано на использовании вращающегося магнитного поля. Многофазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле.

Асинхронный двигатель развивает вращающий момент только при асинхронной скорости. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники ротора и индуктирует в них ЭДС. Если обмотка ротора замкнута накоротко, то по ней под действием индуктируемой ЭДС протекает ток. В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора создается вращающий момент, под действием которого ротор начнет вращаться. Для реверсирования двигателя необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмоткой статора. Это осуществляется путем изменения мест зажимов сети. Относительное отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора характеризуется скольжением S. Скольжение— это отношение числа оборотов магнитного поля статора относительно вращающегося ротора к числу оборотов поля статора. Скольжение характеризует отставание вращения ротора от вращения магнитного поля статора.

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 795 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Электрические машины

Ройзенман М.И., Антонов Г.В. Ремонт магнитопроводов трансформаторов

Электрические машины: машины постоянного тока

Готтер Г. Нагрев и охлаждение электрических машин

Брай И.В. Регенерация трансформаторных масел

Борисов А.П., Каасик П.Ю., Несговоров Е.Д. Электрические микромашины

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт имени М.И. Калинина. 1968г. — 132с.
Учебное пособие к лабораторным работам.
Предназначено для студентов ряда специальностей электромеханического направления.

Содержание:
Тахогенератор постоянного тока
Исполнительный двигатель постоянного тока
Посл.

Антонов М.В. Эксплуатация и ремонт электрических машин

Аракелян А.К. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод

Афанасьев В.В. Трансформаторы тока

Афанасьев В.В. Трансформаторы тока

Грэссем Н.С. Подшипники с газовой смазкой

Аврух В.Ю., Дугинов Л.А. Теплогидравлические процессы в турбо — гидрогенераторах

Третьяк Г.М., Шкреба В.Ф. Электрические машины и трансформаторы

Методические указания к расчётно-графической работе. — Омск: СибАДИ, 1988. — 21 с.

Даны задания к расчётно-графической работе. Приводятся рекомендации по применению ЭВМ. Рассмотрена программа расчёта механической характеристики асинхронного двигателя с помощью ЭВМ.
Таблиц: 4 Иллюстраций: 3 Библиография: 5 названий

Арменский Е.В., Фалк Г.Б. Электрические микромашины

Каляева А.А., Мазур А.Я. Электрические машины

Учебное пособие для вузов. Мн.: Вышэйшая школа, 1971 – 368 с.
Данная книга является учебным пособием по курсам «Электрические микромашины» и «Электрические машины» для студентов высших учебных заведений.

Общие вопросы теории машин постоянного тока.
Генераторы постоянного тока.
Двигатели постоянного тока.

Немшон А.А. Электрические машины

Боронина Л.Ф., Кокунов Ю.Ф., Солдатенкова Н.А., Чернышев Н.Н. Испытание асинхронных машин

Коцарев Н.Ф. Электрические машины

Методические указания к лабораторным работам для студентов всех специальностей 1 – 3 курсов. – Омск: СибАДИ, 2010. – 59 с.

Приведены требования и способы проведения лабораторных работ со строжайшим соблюдением правил техники безопасности, требования к выполнению отчетов по выполненным работам.
Таблиц: 23 Иллюстраций.

Иванов Ю.Я., Нагаенко Г.П. Испытание электрических машин постоянного тока

Щукин О.С. Испытание электрических машин

Омский государственный технический университет
Омск – 2008
Щукин, О. С.
Испытание электрических машин
учеб. пособие О.С. Щукин. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008.-123с.

Общие сведения об электрических машинах
Силовые трансформаторы
Асинхронные машины
Синхронные машины
Машины постоянного т.

Брускин Д.Э. Генераторы возбуждаемые переменным током

Инструкция — Стенд для фазировки электродвигателей

Инструкция, Описание — Электрические машины постоянного тока серии ПН

Каталог — Электродвигатели асинхронные трехфазные

Правила ремонта электрических машин тепловозов ЦТ-ЦТВР 4677

Презентации — Построение обмоток электрических машин переменного и постоянного тока

Презентации к лекциям по электрическим машинам и электроприводу

Презентация — Машины постояного тока

Отчет по производственной практике Русский трансформатор

РГР — Расчет однофазного понижающего трансформатора стержневого типа

Западно-Казахстанский инженерно-технологический университет
Казахстан, г. Уральск

Расчетно-графическая работа по дисциплине «Электрические машины»
Расчет однофазного понижающего трансформатора

В данной работе проводится расчет однофазного понижающего трансформатора, со
следующими данными:

РГР — Расчет синхронного двигателя

Техническое задание: спроектировать синхронный двигатель
Исходные данные: мощность двигателя, номинальное напряжение статора, число пар полюсов, частота питающей сети, число фаз, опережающий угол, Mmax.

Работа представлена в виде MathCad-документа. Сдавалась на кафедру «Электропривод и автоматика» в 2007 году.rn .

РГР — Расчет электродвигателя 4А63А2 с короткозамкнутым ротором

Западно-Казахстанский инженерно-технологический университет
Казахстан, г. Уральск

050718 — Электроэнергетика
Расчетно-графическая работа по дисциплине «Электрические машины»
Расчет электродвигателя 4А63А2 с короткозамкнутым ротором

Определение
— Номинальных Iн и пусковых Iпуск токов;
— Номин.

РГР — Расчет электродвигателя 4А71А2 с короткозамкнутым ротором

Западно-Казахстанский инженерно-технологический университет
Казахстан, г. Уральск

050718 — Электроэнергетика
Расчетно-графическая работа по дисциплине «Электрические машины»
Расчет электродвигателя 4А71А2 с короткозамкнутым ротором

Определение
— Номинальных Iн и пусковых Iпуск токов;
— Номин.

РГР — Расчет электродвигателя 4А90L4 с короткозамкнутым ротором

Западно-Казахстанский инженерно-технологический университет
Казахстан, г. Уральск

050718 — Электроэнергетика
Расчетно-графическая работа по дисциплине «Электрические машины»
Расчет электродвигателя 4А90L4 с короткозамкнутым ротором

Определение
— Номинальных Iн и пусковых Iпуск токов;
— Номин.

РГР — Розрахунок характеристик трифазного асинхронного двигуна

РГР Проектирование синхронной машины

УГАТУ, ЭСиС, предмет «Основы проектирования», преподаватель Афанасьев Ю. В.

Синхронные машины
Принцип действия синхронной машины
Устройство синхронной машины
Особенности конструкции машин большой мощности
Синхронные машины. Область применения.
Общие сведения
Генераторы. Област.

Программа — Расчет трансформатора Mathcad

Программа — Расчёт асинхронного короткозамкнутого двигателя

Программа — Расчёт нагрева и износа силовых трансформаторов

Программа — Расчёт трансформатора до 1000 ВА

Программа — Тесты по трансформаторам (44 вопроса с вариантами ответов)+ тестер

Кацман М.М. Электрические машины

Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин

3-е изд., испр. и доп. -М.: Высш. шк. , 2002. -757с.: ил.

Выполнена в Word’e (в т. ч. и формулы набраны в редакторе формул), поэтому может быть легко использована для оформления рефератов, курсовых и дипломных работ!
Рассмотрены электромагнитные, тепловые, вентиляционные и механические расчеты аснхронных, синхронных.

Копылов И.П. Справочник по электрическим машинам. Том 1

М.: Энергоатомиздат, 1988.—456 с.
Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова.
В 2 т.
ISBN 5-283-00500-3

Приведены технические данные, описаны особенности конструкций и области применения электрических машин, выпускаемых предприятиями электротехнической промышленности СССР. Дана классификация электрически.

Гольдберг О.Д. и др. Проектирование электрических машин (2001)

Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам

Методическое пособие — Асинхронные двигатели

Без автора. Учебное пособие. Самара: СГТУ, 2008. — 142 с.

Содержание.
Основы теории асинхронных двигателей.
Назначение и области применения асинхронных электромеханических преобразователей.
Конструкция асинхронных машин с короткозамкнутым ротором.
Конструкция асинхронных машин с фазным ротором.
Принц.

Копылов И.П. и др. Проектирование электрических машин

Электронный учебник по электрическим машинам

Копылов И.П. Справочник по электрическим машинам. Том 2

М.: Энергоатомиздат, 1989.— 688 с.
В 2 т.
Под общ. ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова.
ISBN 5-283-00531-3 (Т. 2)

Приведены технические данные и описаны конструкции электрических машин специального назначения. Даны основные сведения о машинах малой мощности для систем автоматики и их классификация.

Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические Машины. Лабораторные работы на ПК

Брандина Е.П. Электрические машины

Александров Н.Н. Электрические машины и микромашины

Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболевская Е.А. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник

М.: Энергоатомиздат, 1982г. -504с., ил.

Приведены основные технические данные асинхронных двигателей серии 4А основного исполнения, с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, многоскоростных и с фазным ротором. Даны сведения, необходимые для расчета пусковых режимов электродвигателей и выбора нагрузок.

Программа — Расчет трансформатора Mathcad

Ямалетдинов Р.Р. Справочник по электродвигателям

Тихомиров П.М. Расчёт трансформаторов

М.: Энергия, 1976. — 544 с.

В книге приведены основные сведения по теории расчета трансформаторов, подробно изложена методика проектирования силовых трансформаторов с плоскими и пространственными магнитными системами из холоднокатаной электротехнической стали, с обмотками из медного и алюминиевого провода и даны практич.

Кацман М.М. Электрические машины

М.: Высшая школа, 2000

Используется как учебное пособие по дисциплине «Электротехника» в средних профессиональных учебных заведениях. Сжат в формате DjVu, отфотографирован в градациях серого качество хорошее поддаётся распознаванию средствами OCR.

Копылов И.П. Унифицированная программа для расчета АД

Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины (2 тома)

Общий курс электрических машин.
М: МЭИ, 2004 г.

Том 1
— Электромеханическое преобразование энергии в электрических машинах и их устройство.
— Основные вопросы теории и конструкции трансформаторов и асинхронных машин.

Том 2
— Основные вопросы теории и конструкции синхронных машин, машин постоянн.

Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы

Учебник для вузов. — СПб: Питер, 2008. — 320 с.

В книге рассматриваются физические и теоретические основы электромеханического преобразования энергии в электрических машинах, излагаются конструктивные схемы различных типов электрических машин и методологические основы их исследования, анализируются их потребительские и.

Трансформаторы, ТГ, ЭД и прочие электрические машины

Электрические машины (ЭМ) преобразуют один вид энергии в другой. Механическую энергию в электрическую и наоборот. Особое место среди электрических машин занимают трансформаторы, которые не имеют вращающихся частей.

На электростанциях электрические машины встречаются, начиная от турбогенератора, который вырабатывает электроэнергию, до электродвигателя, которых крутится и приводит в действие насос.

Для электрических машин действует принцип обратимости, согласно которому одна машина может, как потреблять электроэнергию, так и вырабатывать, а в случае с трансформатором, быть понижающим или повышающим.

Машины бывают постоянного и переменного тока, асинхронные и синхронные, трансформаторы и автотрансформаторы.

В данном разделе будут рассматриваться вопросы теории турбогенераторов, трансформаторов, электродвигателей, синхронных компенсаторов, их конструкции, принципов работы. Также будут освещаться вопросы эксплуатации, испытаний и измерений.

Электрические машины

Электрические машины классифицируют по роду тока, мощности, степени защиты, способу охлаждения, конструктивному исполнению и способу монтажа.
По роду тока электрические машины разделяют на машины постоянного и переменного тока.
По мощности электрические машины делят на машины малой мощности до 100 кВт, средней —100— 1 000 кВт и большой — выше 1 000 кВт.

Рис. 1. Асинхронный электродвигатель единой серии 4А:
I, 13— передний и задний щиты; 2— вал; 3 — шпонка; 4 — установочная пружина; 5 — подшипник; 6 — крыльчатка; 7— короткозамыкающие кольца; 8 — лобовая часть обмотки статора; 9 — станина; 10, 11 — сердечники статора и ротора; 12— кожух вентилятора; 14 — вентилятор; 15— балансировочный грузик

По степени защиты электрические машины классифицируют на следующие группы: защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями, находящимися внутри машины; защиты от попадания внутрь машины твердых посторонних тел и воды.
По способу охлаждения электрические машины разделяют на машины с естественным и искусственным охлаждением.
По конструктивному исполнению и способу монтажа электрические машины делят на девять групп: 1М1 — на лапах с подшипниковыми щитами с пристроенным редуктором; 1М2 — на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите; 1МЗ — без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите, с кольцевым фланцем; 1М4 —без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине; 1М5 — без подшипниковых щитов (встраиваемые или пристраиваемые); 1М6 —на лапах с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками; 1М7 — на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов); 1М8 — с вертикальным валом; 1М9 — специального назначения.
Наиболее распространенными электрическими машинами являются асинхронные.
Асинхронной называют машину переменного тока, частота вращения ротора которой зависит от нагрузки. Магнитное поле в асинхронной машине создается переменным током обмоток статора и ротора. Частота вращения ротора отличается от частоты вращения поля. Асинхронные машины по конструктивным признакам подразделяют на бесколлекторные и коллекторные.
Основным типом асинхронной бесколлекторной машины является трехфазный двигатель (рис. 1) и двигатель с фазной обмоткой ротора (рис. 2). Для уменьшения вихревых токов сердечники статора и ротора набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,35 илич0,5 мм, изолированных один от другого слоем лака. Основные серий асинхронных двигателей 4А и 4АИ включают машины мощностью 0,4—400 кВт. Мощность высоковольтных асинхронных электродвигателей единой серии свыше 400 кВт.
Асинхронные коллекторные машины используют в качестве двигателей, но они имеют ограниченное применение.
Машину переменного тока, ротор которой вращается с частотой, равной частоте вращения магнитного поля, созданного обмоткой статора, включенной в электрическую сеть, называют синхронным электродвигателем. По конструктивному исполнению все синхронные машины делят на явнополюсные и нгявнополюсные. Явнополюс- ные машины изготовляют на диапазон частот вращения от нескольких десятков до 1 500 об/мин, неявнополюсные — на 3 000 об/мин. Конструкция синхронных генераторов аналогична конструкции синхронных двигателей. Работа синхронных генераторов основана на принципе электромагнитной индукции. Если через неподвижные щетки, скользящие по двум вращающимся кольцам, к обмоткам полюсов подвести постоянный ток /в, он создает магнитный поток. Силовые линии этого потока будут замыкаться через полюса и сердечник статора, в пазы которого закладывается обмотка. При вращении намагниченных полюсов ротора, осуществляемом от турбины, магнитный поток ротора, пересекая обмотку статора, будет индуцировать в ней ЭДС. Так как обмотка статора пересекается магнитным потоком, который изменяет при вращении полюсов свое направление, то индуцируемая ЭДС будет переменной. Чем больше частота вращения, тем больше ЭДС. С увеличением частоты вращения размеры и масса синхронных генераторов уменьшаются.

Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

Рис. 3. Синхронный генератор:
1 — вал; 2, 3 — крышка и стояк подшипника; 4— кожух; 5— корпус; 6, 8— сердечник и обмотка статора; 7— шпилька; 9— полюс; 10— вентиляционные лопатки; 11 — ротор; 12— контактные кольца

Промышленность изготовляет двухполюсные генераторы мощностью 2,5; 4; 6; 12; 30; 50; 60; 100; 150; 200; 300; 500; 800 и 1 200 МВт.

Трехфазные синхронные машины мощностью 320—10 000 кВт объединены в единую серию машин 14—20-го габаритов совместно с асинхронными двигателями. Такое объединение позволяет многие

части машин (сборочные единицы), например, статоры, подшипниковые стояки, фундаментные плиты, выполнять одинаковыми для синхронных и асинхронных двигателей и получать значительную экономию трудозатрат при их совместном производстве.
Синхронный генератор, сердечник 6 статора которого стянут шпильками 7 в неразъемном сварном корпусе 5 показан на рис. 3. В открытые пазы вложены катушки обмотки 8 статора; их лобовые части защищены кожухом 4.
Крестовина ротора 11 сварная. К ободу крестовины болтами прикреплены полюсы 9 с надетыми на них катушками обмоток возбуждения и вентиляторные лопатки 10. Выводы от обмоток возбуждения подведены к контактным кольцам 72, напрессованным на вал 1.

Рис. 4. Машина постоянного тока серии П:
1 — пластина коллектора; 2 — подшипник скольжения; 3 — нажимная шайба; 4 — бракет; 5 — траверса; 6 — шпилька; 7 — компенсационная обмотка; 8 — бандаж; 9 — секция якоря;
10— балка

Вал ротора вращается в двух подшипниках скольжения с разъемными головками 2 и вкладышами. Стояки 3 подшипников скольжения установлены на общей с корпусом 5 фундаментной плите. Возбудитель, устанавливаемый на общем с генератором фундаменте, соединяют с его валом клиноременной передачей (на рис. 3 не показан).
Машины постоянного тока по своей конструкции являются наиболее сложными. Это объясняется наличием коллектора, щеточного узла, якорной обмотки, а также процессами коммутации, требующими после монтажа машин специальной наладки.
Средние и крупные машины постоянного тока выпускают сериями. Машины мощностью от 1 500 кВт и более имеют якоря, выполненные не из целых листов, а из сегментов.
Для плавного пуска и широкой регулировки частоты вращения двигателей привода прокатных станов применяют систему генератор — двигатель (сокращенно Г —Д). В качестве генератора для этой системы используют машину постоянного тока серии П (рис. 4).
Вал машины заканчивается фланцем, который жестко крепится болтами с фланцем вала двигателя. Генератор имеет один стояковый подшипник скольжения 2 (второй подшипник установлен на валу привода), смазка которого осуществляется двумя смазочными кольцами и масляным насосом через трубку (над крышкой подшипника).
Магнитный поток в генераторе данной конструкции замыкается по ярму, набранному из сегментов, стянутых шпильками между плитами сварной станицы. Станина снаружи имеет обшивку из листовой стали,
В связи с тем, что машины постоянного тока выпускают на напряжение до 1 000 В, ток якоря машин мощностью от 1 500 кВт и более достигает нескольких сотен ампер, что вызывает необходимость увеличения длины коллектора. Во избежание прогиба пластин таких коллекторов под действием центробежных сил машину выполняют со сдвоенным коллектором. Пластины 1 коллектора собраны на общей втулке и стянуты между нажимными шайбами 3.
Щетки машины вставлены в гнезда щеткодержателя, укрепленные на бракетах 4, которые через изоляционные прокладки скреплены с траверсой 5. Для соединения бракетов одинаковой полярности над ними проходят два токособирательных кольца. Траверса может поворачиваться для установки щеток на нейтраль.
Для улучшения охлаждения сердечник якоря разделен вентиляционными каналами на шесть пакетов. Распорки между пакетами при вращении якоря действуют как лопатки центробежного вентилятора.

Что собой представляет современный электромобиль

В последнее время электромобили все чаще встречаются на дорогах. Помимо этого, активно развиваются сети электрозаправочных станций и создаются более комфортные условия для езды именно на электрических видах транспорта. Такое активное развитие электрокары получили благодаря своим неоспоримым преимуществам. И в этой статье мы поговорим о том, что такое электромобиль, узнаем все его достоинства и недостатки, перспективы и многое другое.

Что такое электромобиль и принципы его работы

Электромобиль – это транспортное средство (ТС), которое работает на электрической тяге. Это самый обычный автомобиль, но вместо двигателя внутреннего сгорания у него установлен электропривод, который питается от аккумуляторной батареи.

Принцип работы электромобиля заключается в том, что электричество от аккумуляторной батареи питает электродвигатель, который в свою очередь вращает колеса. Для контроля оборотов автомобиль оснащен педалью газа.

Особенности данного вида транспорта следующие:

  • Электрический двигатель способен развивать большее количество оборотов, вплоть до 12 000 об/мин. Это означает, что автомобилю не нужен многоступенчатый редуктор, а соответственно и коробка переключения передач. Впрочем, некоторые электрокары все же оснащаются автоматическими коробками переключения передач.
  • Весь крутящий момент электродвигателя доступен с нуля оборотов. Это означает, что в момент нажатия на педаль газа на колеса передается вся мощность мотора.
  • Электрический мотор не нуждается в частом регулярном обслуживании (замене масла, фильтров и так далее), так как имеет минимум трущихся частей.

Стоит отметить, что коммерческие электромобили уже довольно давно используются в разных странах. К ним относятся электрогрузовики, а также складские машины, такие как погрузчики, штабелеры и так далее. И их преимущества уже доказаны на практике.

История появления электромобилей

История электромобилей берет свое начало с 1830-х годов. Причём те времена они были более распространены, чем другие виды транспорта. Первый электрокар был способен разгоняться до 4 км/ч.

Однако в тот период технологии были весьма ограничены. В частности, не хватало перезаряжаемых аккумуляторов, которые бы имели небольшие размеры и достаточную емкость. Первый прообраз современного аккумулятора появился только в 1865 году, после чего в 1878 аккумулятор был усовершенствован до того вида, который с небольшими изменениями дошёл до наших дней.

Электромобили потеряли свою актуальность при изобретении двигателя внутреннего сгорания, который стал лучшей альтернативой электропривода благодаря целому ряду особенностей:

  • дешевое топливо (бензин, дизельное топливо и так далее);
  • ограниченные технологии электродвигателей и аккумуляторных батарей.

Именно эти факторы и определили дальнейшее развитие автомобилестроения на ближайшие несколько десятилетий.

Новая волна электромобилей появилась во времена топливного кризиса в 1970-х годах и усилилась благодаря появлению более компактных и емких аккумуляторов. В целом история развития электрокаров имеет несколько этапов, каждый из которых дарил миру уникальные модели.

Количество электромобилей во всем мире

В настоящее время общее количество автомобилей на электрической тяге в мире – около 2 млн. Количество электромобилей, которые используются в разных странах, очень разное. Это связано с тем, что в одних государствах есть всё необходимое для развития электрических видов транспорта, а другие находятся в самом начале его развития.

В Японии, США, Китае и многих европейских странах действует развитая инфраструктура электрозаправочных станций, здесь же сосредоточены самые крупные автомобильные концерны. Именно поэтому указанные страны являются ведущими мировыми производителями электромобилей.

Однако со счетов не стоит сбрасывать и страны СНГ, которые хотя и отстают от европейских, но все же начинают развивать свою инфраструктуру и производство электромобилей.

Выгода от использования электромобиля

Когда речь заходит о том, стоит ли покупать электрокар, в первую очередь внимание уделяется вопросам выгоды. Говоря о ней, мы имеем довольно много факторов в пользу данного вида транспорта:

  • Электроэнергия стоит в разы дешевле жидких видов топлива.
  • Простая и легкая конструкция.
  • Высокий уровень КПД электромотора.
  • Бесшумная работа.
  • Минимум расходных материалов.

Давайте же подробнее рассмотрим, чем хорош электромобиль. Во-первых, дешевая электроэнергия. Да, на зарядку АКБ потребуется потратить больше времени, чем на заправку бака обычного автомобиля. Но при этом стоимость полной заправки бака в несколько раз дороже, чем полная зарядка батареи.

Высокий уровень КПД электромотора (достигает 95%) говорит о том, что практически вся энергия расходуется только на движение автомобиля. Для сравнения, двигатели внутреннего сгорания имеют КПД около 25%. Это объясняется тем, что в ДВС имеются довольно большие потери тепла на корпусе. Кроме того, мощность значительно теряется из-за множества трущихся деталей. Электропривод же практически лишен этих недостатков и поэтому требует меньше затрат энергии.

Благодаря простоте конструкции электрический двигатель не нуждается в частом обслуживании и затратах на расходные материалы (масла, фильтры и так далее). А простая конструкция означает, что мотор имеет меньшие по сравнению с ДВС габариты и вес.

Также стоит отметить, что электромоторы работают гораздо тише, благодаря чему им не требуется система глушения громкого звука, а также шумоизоляция салона.

Экологичность

Электрические моторы не выделяют вредных выхлопных газов, благодаря чему они не только являются экологически чистыми, но и не нуждаются в системе отвода выхлопа, что еще больше упрощает конструкцию автомобиля, делая его легче и практичнее.

Сторонники машин с ДВС приводят относительно экологичности electric cars довольно сомнительный аргумент: якобы при производстве электромобилей и аккумуляторов для них в атмосферу выделяется не меньше вредных веществ, чем при производстве автомобилей, работающих на бензине.

Однако здесь важно понимать, что хотя при производстве обоих видов автомобилей в атмосферу попадает практически одинаковое количество вредных выбросов, то в процессе эксплуатации электрокар, в отличие от автомобилей с ДВС, не загрязняет атмосферу.

Преимущества электрокара в сравнении с обычными автомобилями

Исходя из всего сказанного выше, можно сказать, что электрические автомобили имеют целый ряд неоспоримых преимуществ перед обычными автомобилями:

  • экономичность;
  • экологичность;
  • практичность;
  • простота в обслуживании;
  • надежность;
  • мощность – электроприводы имеют более высокий крутящий момент, который к тому же доступен с первого оборота двигателя;
  • простота конструкции.

Говоря о практичности, мы имеем в виду не только простую и надежную конструкцию, но и малый размер приводов, благодаря чему появляется возможность создать автомобиль с более компактными габаритами либо с большим багажным отделением (и дополнительным багажником спереди).

Простота в обслуживании заключается в том, что электропривод вообще не нуждается в обслуживании. Его не нужно смазывать, менять расходные материалы и так далее. Все, что может сломаться в электроприводе, – подшипник вала. В некоторых моделях время от времени требуется менять щетки, которые стоят копейки, а меняются предельно простой в гаражных условиях.

Устройство электрокара

Электрические автомобили имеют очень простое устройство. Конечно, для управления оборотами мотора, контроля уровня заряда и других функций требуется довольно мощный компьютер. Именно через него водитель взаимодействует с машиной, каждый раз нажимая на педаль газа.

Компьютер выводит информацию об автомобиле на экран, принимает команды водителя и так далее. И электроника в этом случае является самым сложным элементом.

Если же говорить о механической части, то устройство электромобиля сведено к минимуму, аккумулятор питает двигатель, который крутит колеса непосредственно или через редуктор.

Разновидности электромобилей

Учитывая довольно быстрые темпы развития электромобилей, стоит отметить, что уже сегодня существуют разные их виды. Во-первых, они классифицируются по типу кузова и назначению:

  • Легковые автомобили для частного использования (седаны, паркетники, хэтчбеки и так далее).
  • Грузовые – электрические транспортные средства для перевозки грузов.
  • Служебные – выполняющие определенные задачи, такие как погрузчики, муниципальные автомобили и так далее.
  • Общественный транспорт – электробусы, электропоезда и так далее.

Во-вторых, данный вид ТС можно подразделить по типу батарей:

  • Li-ion батареи – самый распространенный вид аккумуляторов для электрокаров.
  • Машины на суперконденсаторах – в настоящее время ведутся разработки данного вида накопителя электроэнергии. У него есть масса особенностей и довольно неплохие перспективы. Однако пока это лишь прототип.
Каждый электрик должен знать:  Как пользоваться индикаторной отверткой видео с инструкцией

Это два основных вида батарей, которые имеют перспективы.

Обратная сторона медали

Выше мы рассмотрели преимуществе электромобилей, к которым по большей части относятся технические моменты. Ведь максимальная скорость электромобиля отнюдь не уступает машинам с ДВС, а если говорить о мощности, то здесь электрический привод является очевидным лидером.

Но как и все в этом мире, электромобили имеют обратную сторону медали. К их главным недостаткам можно отнести:

  • запас хода в условиях недостаточно развитой инфраструктуры электрозаправочных станций;
  • стоимость;
  • проблему использования электроприборов в салоне в момент езды.

Существуют и другие незначительные недостатки. Однако выше мы перечислили самые важные и требующие внимания. Давайте разберем их подробнее.

Запас хода

Ограниченный запас хода – это один из немногих недостатков электромобилей. Однако этот недостаток довольно существенный, если учитывать тот факт, что в наше время далеко не всегда и везде можно найти электрозаправочную станцию.

Если говорит о городах, то проблемы нет. Практически в любом более или менее развитом городе имеются специальные места для зарядки машины (на заправочных станциях, на парковках возле крупных гипермаркетов и так далее). Однако за городской чертой подобные точки для зарядки встречаются крайне редко.

Это означает, что в городе можно ездить практически без опасений, что АКБ разрядится в самый ненужный момент, так как найти зарядку несложно. Но для загородных поездок электротранспорт все еще менее пригоден, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания. И ответ на вопрос, когда электромобили вытеснят обычные машины, зависит от того, как быстро сеть зарядных станций будет развиваться и сможет покрыть все дороги как в городах, так и за их пределами.

Конечно, в настоящее время ведутся активные работы над улучшением автономности электромобиля. И уже сегодня существуют модели, способные проехать до 1000 км. Но это касается единиц.

Если же говорить о массовых серийных электрокарах, то в среднем их запас хода варьируется в районе 200 км, чего на данный момент недостаточно для загородных путешествий. Более дорогие модели могут проезжать от 300-500 км. Однако и этого бывает мало, особенно если учесть скорость полной зарядки.

Можно увеличить пробег электромобиля, установив более емкую батарею, а также при помощи использования режимов экономии батареи. Кроме этого, максимального запаса хода можно достичь путем аккуратной езды, без резких нажатий на педаль газа.

Скорость зарядки также является важным фактором, ведь помимо того, что нужно найти зарядную станцию, потребуется еще некоторое время для полной зарядки. И в лучшем случае вам потребуется около 30-40 минут, если вы найдете станцию для быстрой зарядки с постоянным током. Если же говорить об обычных розетках, то полная зарядка может занять до 8-12 часов (в зависимости от емкости батареи).

Проблема с обогревом салона

Так сложилось, что мы живем в северной части полушария, в которой зимы достаточно морозны. В связи с этим езда в зимнее время года обязательно связана с обогревом салона.

При отоплении салона автомобиля тратится значительная часть запаса энергии аккумулятора, из-за чего запас хода существенно снижается. Кроме этого, одновременное включение таких мощных потребителей дает сильную нагрузку на силовую часть, из-за чего она может перегреваться, а сильный нагрев батареи ведет к уменьшению ее емкости

Некоторые модели электрокаров используют отдельные аккумуляторы для питания электроприборов салона. Это частично решает проблему. Но вопрос заключается в том, надолго ли хватит батареи, если приходится ездить практически весь рабочий день.

Цена электромобиля

Стоимость машины с электрическим мотором, как правило, на 30% выше стоимости аналогичного авто с двигателем внутреннего сгорания. И в условиях, когда электрический привод имеет более низкую стоимость, чем ДВС, а также учитывая, что в электрокарах отсутствует ряд компонентов, присущих только машинам с ДВС (выхлопная система, система подачи топлива, топливный насос, отсутствие многих расходных материалов и так далее), возникает вопрос: а почему такие дорогие?

И здесь важно учитывать стоимость батареи. Ведь одна она может иметь цену половины автомобиля. Например, стоимость батареи для автомобиля тесла Model S составляет около 19 000 долларов США.

Конечно, у более дешевых моделей электрокаров батареи дешевле, но и емкость их значительно ниже. Но даже в этом случае батарея будет стоить около 6000-12000 долларов (в зависимости от модели и емкости). Поэтому стоит понимать, что цены на электромобили формируются с учетом этого дорогостоящего элемента.

Существуют более дешевый вариант – автомобиль б/у. Но при покупке такого транспорта существуют определенные риски. Ведь вы не знаете, как использовался автомобиль, и не сможете проверить, насколько изношена в нем батарея. Кроме этого, машина вполне могла побывать в ДТП с серьезными последствиями.

Все это довольно сложно диагностировать, особенно неопытным водителям. Однако если вы все же решились купить недорого б/у электромобиль, то следует провести максимально детальную диагностику, желательно с помощью опытного автослесаря.

Если говорить о новых электрокарах, то стоимость их указана в официальных дилерских центрах. А вот с б/у моделями все несколько сложнее, ведь многое зависит от состояния машины, ее модели, года выпуска и многих других факторов.

Tesla Model S б/у можно купить за 40000-45000 долларов США, в то время как за границей новая будет стоить около 57 000 евро. К этой сумме нужно добавить налог на ввоз и переоформление документов

Но как уже говорилось, существуют более дешевые аналоги, такие как Nassan Leaf, Renault ZOE и так далее, которые к тому же официально продаются в странах СНГ.

Зарядные станции

Как уже говорилось выше, в странах СНГ сети зарядных станций только начинают развиваться и покрывают только города. Однако при выезде за город найти такие точки крайне сложно.

И даже в более развитых европейских странах инфраструктура электрозаправочных станций все еще не достаточно развита. При этом европейские государства активно работают над решением этой проблемы, чего, к сожалению, нельзя сказать о странах СНГ.

Конечно, крупные города уже обустраиваются подобными станциями, но не достаточно активно. Поэтому при выезде на электромобиле следует детально продумать маршрут, на котором должны встречаться нужные заправки.

Кроме этого стоит отметить, что они могут отличаться по скорости зарядки, по типу тока (постоянный или переменный), по доступным разъемам и так далее.

Современные электромобили

Современный электромобиль являет собой венец технологических достижений человечества. Такие модели, как Lucid Air, Tesla Model X и S, Byton Concept способны удивить даже самого искушенного автолюбителя.

Они оснащены самыми передовыми технологиями, в том числе и автопилотом, который способен самостоятельно следить за дорожной разметкой, удерживать безопасную дистанцию, включать аварийное торможение в случае опасности и так далее.

Конечно, не все электромобили обладают такими возможностями, но чем больше развивается эта область, тем доступными и более технологически продвинутыми становятся автомобили.

Права для вождения электрокара

Среди малоопытных водителей бытует мнение, что водительское удостоверение для управления электромобилем чем-то отличается от того документа, который необходим для управления обычными машинами. Но это лишь миф. Чтобы водить электрокар, вам достаточно самых обычных водительских прав:

  • Категория «В» – для вождения легковых автомобилей с максимальной разрешенной массой до 3,5 тонн.
  • Категория «С» – для вождения грузовиков с разрешенной максимальной массой свыше 3,5 тонн.

Если у вас имеются права для вождения автомобиля, например, категории «В», то вы вполне можете водить любой легковой электромобиль.

Страхование электромобилей

Страхование электромобилей имеет три фактора, влияющих на стоимость оформления страховки:

  • Возраст автомобиля – чем более новая машина страхуется, тем ниже ценник.
  • Место регистрации – в крупных городах стоимость несколько ниже, чем в мелких и отдаленных населенных пунктах.
  • Стоимость машины.

В случае с электромобилями объем двигателя не учитывается, как это происходит при страховании машин с ДВС. И только исходя из трех вышеуказанных пунктов высчитывается размер годового взноса на страхование. Также стоимость страховки зависит от вида страхования:

  • ОСАГО – обязательное страхование (так называемая «автогражданка»). Включает только возмещение убытков третьим лица, пострадавшим в ДТП по вине владельца полиса.
  • КАСКО – является обязательным только в том случае, если electrocar куплен в кредит. Данный вид полиса обладает полным спектром страхования (полное возмещение при угонах, ДТП и так далее).

Подводя итоги

Учитывая все вышесказанное, все плюсы и минусы электромобилей, становится очевидным, что влияет на принятие решения о покупке данного вида транспорта. К преимуществам можно отнести:

  • надежность;
  • простота в ремонте и обслуживании;
  • экономичность (в том числе и при обслуживании);
  • экологичность;
  • практичность.

Также к недостаткам можно отнести тот факт, что батарея работает около 8-10 лет в зависимости от режима использования. Это означает, что придется проводить полную замену батареи каждые десять лет (при условии бережного отношения и правильной эксплуатации автомобиля).

Электрические машины

Мы живем в самом настоящем океане энергии, она окружает нас повсюду. Даже неподвижный камень, лежащий на дороге, потенциально может совершить работу. Иногда в это трудно поверить, но энергия едина. Она лишь преобразуется, меняет свою природу. Именно это свойство используют созданные человеком электрические машины.

Если на вход подается электрическая энергия, а на выходе трансформируется в механическую работу в виде вращения вала, то можно с уверенностью сказать, что речь идет о двигателе. В свою очередь, преобразование механической работы в электричество возложено на генератор. Важной особенностью является тот факт, что одинаковые электрические машины характеризуются возможностью функционирования в качестве потребителя (двигатели) и производителя (генератор) электроэнергии. Это объясняется одинаковым устройством. Однако из-за особенностей конструкции функционирование в «неродном» режиме характеризуется более низким КПД.

Электрические машины постоянного тока подразделяются на два класса: индукторные и коллекторные. Наибольшее распространение получили вторые (признак наличие щеточного механизма). Принцип работы следующий: на неподвижной части машины (статоре) размещается постоянный магнит, создающий линии напряженности поля.

Обмотку якоря можно представить состоящей из множества рамок медной проволоки, соединенных таким образом, чтобы начало и конец выводились на противоположные ламели коллектора. Извне к этим выводам посредством графитовых щеток подводится постоянное напряжение. А раз есть замкнутый контур, то возникает электрический ток. Движущиеся носители заряда генерируют вокруг себя собственное поле магнитной природы, которое начинает взаимодействовать с полем статора. В результате возникает сила, заставляющая якорь вращаться. Описаны лишь основные моменты, однако их достаточно чтобы понять, как работают электрические машины постоянного тока. Особо стоит отметить лишь универсальный коллекторный электродвигатель обладая конструкцией, присущей машинам постоянного тока, он способен работать от бытовой сети 220 В. Это возможно благодаря последовательному способу соединения якоря и обмоток возбуждения. В бытовом ручном электроинструменте используются именно они.

Электрические машины переменного тока конструктивно более просты и надежны, а себестоимость их производства ниже. Подразделяются на синхронные, у которых механическая скорость, с которой обращается ротор, совпадает с частотой обращения поля статора, а также асинхронные разновидности, у которых ротор отстает от поля (проскальзывает). Первые более рационально использовать при мощностях более 100 кВт.

Простейшие электрические машины переменного тока представлены трехфазными асинхронными с короткозамкнутым ротором (клетка белки). На статоре размещены сдвинутые одна относительно другой на 120° три обмотки. Именно к ним подводится переменный ток соответствующих фаз. На роторе есть своя обмотка, замкнутая накоротко, тем самым образуя контур для прохождения индуцированного тока. Стоит подать напряжение на полюса-катушки статора, как вокруг них генерируется магнитное поле — это одно из базовых свойств направленного перемещения электронов. А так как ток переменный, то и поле получается вращающимся. Его линии напряженности пересекают витки обмотки ротора и создают индуцированный ток (применим закон электромагнитной индукции). А раз возникло движения частиц с зарядом, то вокруг них, в свою очередь, также появляется магнитное поле. Оно также вращается (направление можно узнать, воспользовавшись правилом буравчика). В итоге, внутри корпуса машины присутствуют два магнитных поля. Дальше все просто: благодаря закону Ампера возникает сила, стремящаяся сместить обмотки, а так как вал ротора закреплен на подшипниках, то сила создает момент вращения. Для совершения работы остается лишь подключить к валу исполнительный механизм.

Глава5 Электрические машины

Электрические машины работают на принципе электромаг­нитной индукции и функционируют в виде электрогенерато­ров, электродвигателей и синхронных компенсаторов. Бывают однофазные и трехфазные электрические машины, синхронные и асинхронные, коллекторные и бесколлекторные, постоянного и переменного тока и т.д. [16]. На рис. 8.1 приведена классифи­кация электромашин.

5.1Электрические генераторы. В зависимости от первичного дви­гателя конструкции генератора придаются соответствующие фор­мы и параметры: скорость вращения ротора, система возбуждения обмоток, напряжение выходного тока, число полюсов обмотки, способ охлаждения обмоток ротора и статора, схема соединения обмоток и т.д. Техническое наименование электрогенераторов происходит от первичного источника.

Электрические генераторы, приводимые во вращение с по­мощью тепловых двигателей (паровых турбин,’ газовых турбин, дизельных и поршневых машин), называются турбогенераторами, электромашины гидротурбин — гидрогенераторами, вет­ромашин — ветрогенераторами, фотоэлементов — солнечными батареями или гелиогенераторами и т.д.

Рис. 51. Классификация электрических машин

По принципу получения электротока генераторы можно раз­делить на две большие подгруппы: генераторы приводные (т.е. вращаемые каким-либо механическим приводом) и генераторы прямого действия. К первой группе относятся уже упомянутые турбогенераторы, гидрогенераторы и т.д. Небольшие генерато­ры могут иметь привод даже ручной (до 0,1 кВт), велосипедный (до 0,5 кВт) или от тяглового животного (слона, лошади, верб­люда, быка и др.). Характерной особенностью таких ге­нераторов является наличие обмоток ротора и статора. Кроме того, обмотка ротора должна постоянно питаться (возбуждаться током) от независимого источника электричества. На крупных генераторах в качестве возбудителя используются специальные вращающиеся на одном с ними валу электромашины-возбуди­тели, либо ток подается в обмотку ротора от другого источника: аккумулятора, выпрямительной установки, батареи сухих элементов и т.д. Без возбуждения роторной обмотки в обмотке статора генерации тока не будет. Генераторы, имеющие систему возбуждения, называются синхронными, так как скорость вра­щения ротора всегда будет кратна частоте тока в электросети. При включении генераторов небольшой мощности (до 100 кВт) в общую электросеть могут применяться также электрогенера­торы без возбуждения (асинхронные). Синхронность оборотов в этом случае будет обеспечиваться за счет реактивного тока самой сети. Генераторы асинхронного типа значительно дешевле и бо­лее просты в эксплуатации, чем синхронные. Наиболее уязвимым узлом электрогенераторов с самовозбуждением является система электропитания «на ходу» обмотки вращающегося ротора, вклю­чающая в себя: коллектор-токоприемник, щеточный аппарат, автомат гашения поля (АГП) на случай аварии и др. устройства. Синхронные генераторы снабжаются специальной колонкой с приборами для синхронизации обмотки ротора с сетью (по ско­рости вращения — частоте тока, по фазе и напряжению тока). Ге­нератор включается в параллельную работу только при равности (синхронности) параметров ротора с параметрами электросети. По мере возрастания единичных мощностей генераторов крупных электростанций (до 0,5 млн кВт и более) сильно уве­личиваются габаритные размеры и вес статора и ротора. Они становятся нетранспортабельными и тяжело монтируемыми, не говоря уже об удорожании стоимости их самих и работ, связан­ных с их перевозкой, монтажом и ремонтом. В целях оптимиза­ции физических параметров крупных электрогенераторов стали применять форсированные режимы охлаждения обмоток статора и ротора. В качестве охлаждающего агента применяют чистый водород давлением до 4 атмосфер и чистый водяной конденсат. Водород получают в станционных электролизерах и по трубоп­роводам подают к генераторам. Отработанный (нагретый) газ охлаждается тут же в охладителях за счет циркуляции общей охлаждающей воды турбоагрегата. То же самое осуществляется с охлаждающим конденсатором. Данная технология охлаждения генератора требует высокого уровня эксплуатации, так как малейшая небрежность или ошибочные действия чреваты взры­вами водорода и пожарами в маслосистеме турбоагрегата (где обращается, кстати, до 40 тонн разогретого машинного масла). Подобные аварии нередки на ТЭС, а последствия их тяжелые и непредсказуемые.

В электрогенераторах средней мощности ограничиваются воздушным охлаждением статорного пространства генератора, с помощью забираемого собственным вентилятором воздуха, ко­торый циркулирует между генератором и воздухоохладителем. Приводные генераторы представляют собой устройства, в кото­рых электроэнергия получается за счет преобразования механи­ческой энергии. Механическая энергия получается, в свою оче­редь, из тепловой, водяной, ветровой или мускульной энергии. Таким образом, электроток получается в результате каскадных преобразований ряда видов энергии. В отличие от приводных, в электрогенераторах прямого действия, энергия другого вида преобразуется в электроэнергию сразу, без промежуточных ста­дий. К подобным генераторам тока относятся: фотоэлементы или солнечные батареи (световой источник), топливные элементы (химический источник), гальванические элементы (химический источник), термоэлектрические генераторы (тепловой источник) и т.д. Данная разновидность электрогенерации чрезвычайно про­ста, а потому надежна и элементарна в обслуживании. Однако, подобные электрогенераторы пока используются в виде очень не­больших источников и преимущественно в качестве автономных, т.е. не связанных с сетями общего пользования. Ограниченное использование их связано с высокой удельной стоимостью, пре­вышающей в сотни и даже тысячи раз стоимость традиционных электростанций. Дороговизна эта, однако, связана не со слож­ностью технологии источников (она, как уже сказано, элемен­тарна и не требует даже постоянного обслуживания). Дороги на сегодня сами материалы, из которых изготавливаются подобные генераторы. Между тем, материалы могли бы быть не дороже, как говорят, пареной репы, если бы их производство было налажено в промышленных масштабах, подобно изготовлению автомобиль­ных шин или персональных компьютеров.

Сейчас же эти материалы, например, кремниевые кристаллы для фотоэлементов выпускаются в мизерных объемах и в услови­ях примитивно-кустарного производства. Потому грамм такого вещества дороже золота, а изделия из него (фотоэлементы) — до­роже бриллиантов. Ясно, что электростанция в один млн кВт, изготовленная с применением таких материалов, будет стоить дороже, чем все золотовалютные запасы процветающего госу­дарства средней величины.

То же самое можно сказать про материалы для топливных элементов, химических батарей и т.д. Следует также заметить, что наряду с указанными имеются еще и такие потенциальные источники энергии, по которым еще не проводились серьезные фундаментальные исследования. Например, энергия постоянных магнитов, гравитационная энергия и т.д. Учитывая, что к середине текущего века истощение запасов нефти, газа и угля вынудит мир к более интенсивным поискам альтернатив, источники прямого действия могут приобрести значимость, если, конечно, промыш­ленное освоение их производства позволит удешевить удельную стоимость на два-три порядка против нынешнего уровня.

Таково состояние развития электрогенераторов. Положение это не является установившимся и долговечным. Наоборот. Раз­нообразие видов и форм генерации электроэнергии изменяется практи­чески так быстро, что предсказать общую перспективу развития данной сферы деятельности невозможно. Несомненно, что бли­жайшие 10-15 лет преобладающим источником электричества ос­танутся крупные стационарные электростанции с синхронными генераторами на ТЭС, ГЭС и АЭС. Тем более, что синхронные генераторы кроме активной энергии, производят еще реактив­ную, создаваемую в электросети колебаниями энергии электро­магнитного поля. Активная и реактивная мощность генератора переменного трехфазного тока определяется произведением на­пряжения, силы тока и косинуса (или синуса) угла сдвига фаз между ними (8.1-8.2), т.е.

где — активная мощность, Вт;

— реактивная мощность, ВАР

— линейное напряжение, В;

— линейная сила тока, А;

— угол сдвига фаз.

5.2 Электродвигатели, в отличие от генераторов, являются пот­ребителями электроэнергии. При этом, электрическая энергия превращается в механическую и используется для привода тех­нологических машин: металлургических станов, мельниц, насо­сов, компрессоров, кранов, транспортных средств (электровозов, трамваев, троллейбусов) и т.д. Поскольку разнообразие меха­низмов хозяйственного назначения бесчисленное множество (от электробритвы до мощных компрессоров и прокатных станов), то и типоразмеров электродвигателей в десятки раз больше, чем генераторов. Они подразделяются на следующие типы: постоян­ного тока и переменного, однофазные и трехфазные, асинхрон­ные и синхронные, открытого и влагонепроницаемого испол­нения, по скорости вращения от тихоходных (100-200 об./мин) до высокоскоростных (3 000 об./мин и более), по мощности от микродвигателей меньше одного ватта до 10 МВт и более и т.д. Ныне в распоряжении людей имеется много миллиардный парк электродвигателей всевозможнейших конструкций и назначений. Число их множится с каждым днем, подтверждая тем самым, что электроэнергия стала для современного человека органичес­кой частью всех форм и видов его жизнедеятельности (если еще добавить к этому использование электричества для освещения, приготовления пищи, холодильников, кондиционеров, средств связи и т.д. и т.п.).

В тех случаях, когда требуется иметь переменные обороты двигателя, используют специального типа двигатели перемен­ного тока (синхронные, со ступенчатым изменением соединения обмоток и т.д.), либо применяют двигатели постоянного тока, позволяющие «на ходу» изменять обороты от нуля для номи­нального значения.

Синхронные компенсаторы. В тех случаях, когда в данной мест­ности или на объекте ощущается нехватка реактивной мощности, применяют синхронные компенсаторы, представляющие из себя синхронную электромашину, работающую в режиме двигателя. Меняя характер нагрузки, с помощью синхронного компенсатора можно повышать коэффициент мощности (косинус) и регулиро­вать напряжение в местной сети.

Трансформаторы

Трансформаторы предназначены для преобразования пара­метров электричества (напряжения и силы тока), и приводят их в соответствие со значениями, необходимыми для тех или иных конкретных целей. Различают следующие виды трансформато­ров: силовые (повышающие или понижающие) и измерительные (тока и напряжения).

Силовые трансформаторы. Воснове действия трансформа­торов лежит известное физическое явление электромагнитной индукции. Состоит трансформатор из первичной обмотки и маг­нитопровода — ферромагнитного сердечника замкнутой формы. Все обмотки находятся на магнитном сердечнике и индуктивно связаны между собой. Иногда вторичной обмоткой служит часть первичной, такие аппараты называются автотрансформаторами. Обмотки трансформаторов изготовляют из меди и алюминия, а магнитопровод — из листов холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм (имеющей высокую магнитную про­ницаемость и малые потери на гистерезис и вихревые токи. По способу охлаждения различают сухие и масляные трансформа­торы. К сухим относятся промышленные трансформаторы мощ­ностью до 10 МВА, а также целая серия аппаратов небольшой мощности и специальные трансформаторы: радиотехнические, сварочные, для «переноски» 12 В и др. Подобные трансформа­торы насчитывают миллионы типоразмеров, в т.ч. однофазные и трехфазные, стационарные и передвижные (переносные), двухоб­моточные и многообмоточные, открытого и закрытого исполне­ния, повышательные и понизительные и т.д. Охлаждение обмоток сухих трансформаторов осуществляется за счет естественной цир­куляции окружающего воздуха, т.е. без каких-либо специальных охлаждающих устройств. Однако, в отдельных случаях (из-за пе­регрузов, высокой температуры окружающего воздуха, низкого качества использованных материалов или некачественного из­готовления и т.д.) сухие трансформаторы могут разогреться до температур выше 70 °С, что опасно как для их целостности, так и в пожарном отношении. В таких случаях следует на время от­ключить устройство, пока температура не снизится до значения окружающего воздуха.

В отличие от сухих, масляные трансформаторы погружают в баки с изоляционным маслом, где обмотки охлаждаются за счет непрерывной циркуляции масла через трубчатые масло­охладители, соединенные с баком. Остужаются они водой или воздухом путем обдува вентиляторами. Коэффициент полезного действия мощных силовых трансформаторов составляет 98-99 %. Нетрудно посчитать, что для аппарата мощностью, например, 500 тыс. кВА при КПД 99 % ежечасно выделяется более 4 тыс. кВт или 3,5 Гкал/час тепла. Отводить постоянно такое количество тепла дело весьма непростое, тем более, если на подстанции с десяток крупных трансформаторов. Эксплуатация трансформа­торных подстанций, где имеется, кроме того, немало другого маслонаполненного оборудования (масляные выключатели, из­мерительные трансформаторы и т.д.), осуществляется с учетом количества изоляционных масел на ее территории. Это обстоя­тельство важно при определении систем пожаротушения, схем доставки масла, его регенерации и других вопросов. Серьезной проблемой крупных стационарных электротрансформаторов является их ремонтное обслуживание. Дело в том, что при ка­питальном или аварийном ремонте трансформатора, требуется опорожнить маслобак и вывести наружу сердечник с обмотками. При невозможности местного ремонта аппарат должен быть от­правлен на завод. При этом следует учитывать, что вес крупных трансформаторов достигает сотен тонн, а все операции по разбор­ке его или отправке на завод представляют немалые трудности, связанные с подъемными кранами, способом крепления и транс­портировки, организации сопровождения и т.д. Все эти вопросы должны быть проработаны и решены в периоды проектирования и строительства подстанции.

Силовые трансформаторы в зависимости от их назначения могут быть повышающими или, наоборот, понижающими. Сами эти определения уже подразумевают, для чего служит тот или другой трансформатор, и, соответственно, та или другая подстанция, хотя, строго говоря, выражения «повышающая» и «понижающая» чисто условные, так как в принципе ток может трансформироваться в любом направлении.

Раз существуют такие понятия, то скажем, что повышающие подстанции, как правило, являются элементом схемы выдачи ге­нерируемых мощностей электростанций, так как на самом генера­торном напряжении мало потребления, либо вовсе могут отсутс­твовать потребители. Распределительные же подстанции могут больше относиться к понизительным, т.е. снижающим высокое напряжение (от 500 кВ) до потребительского. Сугубо потреби­тельские подстанции, трансформирующие 6/10 кВ в напряжение 380/220 В еще называют трансформаторными пунктами — ТП, или трансформаторными киосками. Сообразно уровню напряже­ния и мощности трансформаторов каждая подстанция комплек­туется вспомогательным оборудованием, к которому относятся коммутационные аппараты, система электрических (релейных) защит и автоматики, маслохозяйство, щиты и панели управления, противопожарные устройства, воздухо хозяйство (компрессоры и рессиверы) для воздушных выключателей и т.д.

Измерительные трансформаторы. Вотличие от силовых транс­форматоров измерительные трансформаторы имеют меньший разброс типоразмеров, да и сфера их применения сравнительно узка, она ограничена лишь необходимостью работы всей системы контроля, измерений и автоматики не под первичным напряжением (от 0,4 до 500 кВ) при силе тока, превышающей тысячи ампер, а на пониженных (трансформированных) парамет­рах. На электростанциях и подстанциях наиболее распространено применение во вторичных цепях напряжения — до 100 В и силы тока — до 5 А.

Специальные трансформаторы. Наряду с силовыми и измери­тельными трансформаторами практикуется применение транс­форматоров специального назначения. Среди них наиболее по­пулярны сварочные трансформаторы и трансформаторы безопас­ного осветительного напряжения 12 В переменного тока.

Сварочные трансформаторы применяются для дуговой сварки и резки металла. Первичное напряжение у таких аппаратов может быть 220 или 380 В, используется одна фаза трехфазной сети. Вторичное рабочее напряжение составляет 25-40 В. Оно считается условно безопасным, потому что при сухой обстановке пораже­ние этим током маловероятно. Однако в дождливую погоду или при работах во влажной среде (прокладка труб в земле, работы в резервуарах и т.д.) сварочные работы опасны смертельным пора­жением электротоком. Во избежание несчастных случаев следует (по правилам безопасности) заземлять и аппарат, и объект сварки, работать при этом надо в специальном (сварочном) костюме, в каске и рукавицах. Величина сварочного тока составляет у раз­личных аппаратов от ПО до 400 А и более.

Что касается безопасного напряжения 12 В, то на отдельных участках электростанции и других энергообъектах делаются спе­циальные разводки этого тока (в кабельных каналах, газовом и мазутном хозяйстве и др.), где местное освещение выполняется на 12 В, либо к этой сети подключаются переносные освети­тельные устройства. Имеется целая номенклатура переносных трансформаторов на 12 В, которыми пользуются во всех случа­ях, когда приходится иметь переносные осветительные лампы («переноски»).

| следующая лекция ==>
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | Глава 6. Коммутационные аппараты

Дата добавления: 2020-10-09 ; просмотров: 270 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Электрические машины

Устройство и принцип действия синхронной и асинхронной машины. Принцип действия системы синхронной связи. Индикаторный и трансформаторный режим роторного двигателя. Назначение, конструкции, генераторы и принцип действия машины постоянного тока.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 07.11.2012
Размер файла 431,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

Кафедра «Теоретических основ электротехники.»

Выполнила: студентка 35 гр.

Проверила: Навротская Л.В

Устройство и принцип действия асинхронной машины.

Назначение. Асинхронные машины — наиболее распространенные электрические машины. Особенно широко они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. В настоящее время асинхронные электродвигатели потребляют около половины всей вырабатываемой в мире электроэнергии и находят широкое применение в качестве электропривода подавляющего большинства механизмов. Это объясняется простотой конструкции, надежностью и высоким значением КПД этих электрических машин.

Открытие асинхронных машин относится к 80-м годам прошлого столетия. Их создание связывают с именами итальянского ученого Г. Феррариса, югославского ученого Н. Тесла и русского ученого М. О. Доливо-Добровольского. Г. Феррарис и Т. Тесла независимо друг от друга в 1888 г. предложили способ получения двухфазного вращающегося поля и создали первые асинхронные машины. Однако эти двигатели не получили широкого применения.

Большую роль в создании асинхронных Двигателей сыграл М. О. Доливо-Доброволъский. В 1889 г. он впервые использовал трехфазный ток для получения вращающегося магнитного поля, применил на статоре распределенную трехфазную обмотку и обмотку ротора в виде беличьей клетки. Он также предложил трехфазную обмотку ротора, выведенную на контактные кольца, и использовал для пуска двигателя реостат, подключаемый к обмотке ротора через контактные кольца.

Почти за 100 лет существования асинхронных двигателей в них совершенствовались применяемые материалы, конструкция отдельных узлов и деталей, технология их изготовления; однако принципиальные конструкторские рещения, предложенные М. О. Доливо-Добровольским, в основном остались неизменными. В дальнейшем большое применение получили также и однофазные асинхронные двигатели в основном для электробытовых приборов. Появилось также большое количество разновидностей и модификаций асинхронных машин, в частности асинхронные исполнительные двигатели, тахогенераторы, сельсины, поворотные трансформаторы и др.

Большой вклад в теорию асинхронных машин внесли советские ученые Б. П. Апаров, М. П. Костенко, Г. Н. Петров, К. И. Шенфер и др. В СССР впервые в мировой практике с 1946 г. асинхронные двигатели выпускаются едиными всесоюзными сериями. На базе единых серий в нашей стране организовано высокомеханизированное и автоматизированное крупносерийное производство на основе широкой специализации и кооперации. Большие преимущества имеют единые серии и в эксплуатации — они значительно облегчают выбор, установку, обслуживание и ремонт электрооборудования. В 70-х годах была разработана и внедрена единая серия асинхронных двигателей 4А. Одновременно с конструкцией двигателей разрабатывались электротехническая сталь, провода, изоляция и технология. В 80-х годах организацией социалистических стран «Интерэлектро» разработана новая унифицированная серия асинхронных двигателей АИ, предназначенная для использования во всех странах — членах СЭВ. Машины серии АИ, которые производятся во всех этих странах, отличаются повышенными надежностью и перегрузочной способностью, расширенным диапазоном регулирования, лучшими массово-габаритными и энергетическими показателями, а также улучшенными виброакустическими характеристиками по сравнению с машинами серии 4А.

Каждый электрик должен знать:  В квартире не заряжаются гаджеты

В СССР впервые в мире разработана методика оптими­зированного расчета асинхронных двигателей, учитывающая затраты как на производство, так и на эксплуатацию электродвигателей; расчет с помощью электронно-вычислительных машин ведется по минимуму суммарных затрат в народном хозяйстве. В теорию и практику создания единых серий асинхронных двигателей большой вклад внесли советские ученые и инженеры А. Г. Иосифьян, Б. И. Кузнецов, Э. Д. Кравчик, В. И. Радин, Т. Г. Сорокер, И. Н. Чарахчьян и др.

Принцип действия. В асинхронной машине одну из обмоток размещают на статоре 1 (рис. 1, а), а вторую — на роторе 3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, который для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым. Обмотка статора 2 представляет собой трехфазную (или в общем случае многофазную) обмотку, катушки которой размещают равномерно по окружности статора. Фазы обмотки статора АХ, BY и CZ соединяют по схеме ? или ? и подключают к сети трехфазного тока (рис. 1,б). Обмотку ротора 4 выполняют трехфазной или многофазной и размещают равномерно вдоль окружности ротора. Фазы ее в простейшем случае замыкают накоротко.

Рис. 1. Электромагнитная схема асинхронной машины, направления токов и электромагнитного момента при работе в двигательном режиме

При питании обмотки статора трехфазным током создается вращающееся магнитное поле, частота вращения которого (синхронная)

Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, то вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС. На рис. 4.1, а показано, согласно правилу правой руки, направление ЭДС, индуцированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока Ф по часовой стрелке, при этом проводники ротора перемещаются относительно потока Ф против часовой стрелки. Активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с индуцированной ЭДС; поэтому условные обозначения (крестики и точки) на рис. 4.1 показывают одновременно и направление активной составляющей тока.

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарное усилие Fрез, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение и его установившаяся частота вращения п2 соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемому приводимым во вращение механизмом и внутренними силами трения. Такой режим работы асинхронной машины является двигательным и, очевидно, в данном случае 0 ? п2 s > 0.

Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля п1 то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и активной составляющей тока ротора, т. е. асинхронная машина перейдет в генераторный режим (рис.2, а). При этом изменит свое направление и электромагнитный момент М, который станет тормозящим. В генераторном режиме асинхронная машина получает механическую энергию от первичного двигателя, превращает ее в электрическую и отдает в сеть, при этом s 1.

Рис. 4.2. Электромагнитная схема асинхронной машины, направления токов и электромагнитного момента при работе ее в режимах:

Таким образом, характерной особенностью асинхронной машины является наличие скольжения, т. е. неравенство частот вращения n1 и п2. Только при указанном условии в проводниках обмотки ротора индуцируется ЭДС и возникает электромагнитный момент. Поэтому машину называют асинхронной (ее ротор вращается несинхронно с полем).

На практике обычно встречается двигательный режим асинхронной машины, поэтому теория асинхронных машин изложена здесь применительно к этому режиму с последующим обобщением ее на другие режимы работы.

Устройство и принцип действия синхронной машины

Принцип действия. Электрические машины синхронной связи служат для синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных между собой. В простейшем случае синхронную связь осуществляют с помощью двух одинаковых, электрически соединенных между собой индукционных машин, называемых сельсинами (от слов selfsinchroniring — самосинхронизирующийся). Одну из этих машин, механически соединенную с ведущей осью, называют датчиком, а другую, соединенную с ведомой осью (непосредственно или с помощью промежуточного исполнительного двигателя), — приемником.

Система синхронной связи работает так, что при повороте ротора сельсина-датчика на какой-либо угол ?д ротор сельсина-приемника поворачивается на такой же угол ?п . Следовательно, система стремится ликвидировать рассогласование между положениями роторов датчика и приемника, которое характеризуется углом рассогласования ? = ?д — ?п , и в идеальном случае свести угол ? к нулю.

Системы синхронной связи подразделяют на два основных вида: синхронного поворота (передачи угла) и синхронного вращения (электрического вала).

Режимы работы. Различают два основных режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный.

При индикаторном режиме ротор сельсина-приемника соединяют непосредственно с ведомой осью. Его применяют при малом значении тормозного момента на ведомой оси, обычно в тех случаях, когда на оси укреплена хорошо уравновешенная стрелка индикатора (отсюда название — индикаторный).

При трансформаторном режиме сигнал о наличии рассогласования между положениями роторов датчика и приемника подается через усилитель на исполнительный двигатель, который поворачивает ведомую ось и ротор сельсина-приемника, ликвидируя рассогласование. При этом режиме выходной сигнал приемника пропорционален синусу угла рассогласования, аналогично тому, как во вращающемся трансформаторе, поэтому такой режим работы сельсина получил название трансформаторного. Трансформаторный режим применяют в тех случаях, когда к ведомой оси приложен значительный тормозной момент, т. е. когда приходится поворачивать какой-либо механизм.

Устройство сельсинов. Сельсины имеют две обмотки: первичную, или обмотку возбуждения, и вторичную, или обмотку сихронизации. В зависимости от числа фаз обмотки возбуждения различают одно- и трехфазные сельсины; обмотку синхронизации в обоих типах сельсинов обычно выполняют по типу трехфазной.

Трехфазные сельсины имеют такую же конструкцию, как трехфазные асинхронные двигатели с контактными кольцами на роторе; их применяют только в системах электрического вала. В системах автоматики используют однофазные контактные и бесконтактные сельсины.

Принцип действия сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток. Однако чаще всего в сельсинах обмотку синхронизации размещают на статоре, а обмотку возбуждения — на роторе (для уменьшения количества контактных колец и повышения надежности работы).

Однофазные контактные сельсины аналогичны асинхронным машинам малой мощности. Они могут быть явнополюсными (индикаторные) и неявнополюсными (трансформаторные). В явнополюсных сельсинах однофазная обмотка возбуждения сосредоточенная; она расположена на явно выраженных полюсах ротора (рис. 3, а) или статора (рис. 3,б). В неявнополюсных сельсинах однофазная обмотка возбуждения распределенная (рис. 3, в); она расположена в полузакрытых пазах ротора (или статора). Обмотку синхронизации всегда выполняют распределенной и размещают в пазах соответственно статора или ротора; фазы ее соединяют по схеме Y. Для приближения формы кривой поля к синусоиде воздушный зазор в явнополюсных сельсинах выполняют неравномерным — увеличенным на краях полюсного наконечника. Для ослабления зубцовых гармонических делают скос пазов статора или ротора на одно зубцовое деление.

Рис. 3. Схемы магнитной системы однофазных контактных сельсинов: 1 — статор; 2 — обмотка синхронизации; 3 — ротор; 4— обмотка возбуждения

Сельсины выполняют обычно двухполюсными. Так как магнитное поле в сельсинах переменное, то статор и ротор собирают из изолированных листов электротехнической стали (рис. 4). Для увеличения надежности контакта и уменьшения его переходного сопротивления кольца и щетки, к которым подключают обмотку ротора, выполняют обычно из сплавов серебра. Число контактных колец и щеток зависит от места расположения обмоток: сельсины с обмоткой возбуждения на роторе имеют два контактных кольца; с обмоткой возбуждения на статоре — три контактных кольца. В некоторых типах сельсинов-приемников на явнополюсном роторе по поперечной оси размещают короткозамкнутую демпферную обмотку, обеспечивающую быстрое затухание собственных колебаний ротора при переходе его из одного положения в другое. При отсутствии электрического демпфера на валу ротора сельсина-приемника устанавливают механические демпферы (фрикционные, пружинные или жидкостные — ртутные).

Рис. 4. Устройство контактного сельсина: 1 — статор; 2 — ротор; 3 — контактные кольца

Рис. 5. Электромагнитная схема бесконтактного сельсина: 1 — тороиды; 2 — обмотка возбуждения; 3 — внешний магнитопровод; 4 — пакет статора; 5 — обмотка синхронизации;6 — пакеты ротора; 7 — промежуток из немагнитного материала

Большим недостатком контактных сельсинов является наличие скользящих контактов, переходное сопротивление которых может изменяться. Это снижает надежность работы синхронной связи и приводит к увеличению погрешностей. В настоящее время широко применяют явнополюсные и неявнополюсные бесконтактные сельсины, не имеющие скользящих контактов.

В явнополюсном бесконтактном сельсине (рис. 5) на статоре расположены трехфазная распределенная обмотка синхронизации, два боковых кольца (тороиды), две тороидальные катушки однофазной обмотки возбуждения и внешний: магнитопровод. Стальной пакет, в котором размещена обмотка синхронизации и тороиды собраны из листов, расположенных перпендикулярно оси вала, а внешний магнитопровод — из листов, расположенных параллельно оси вала. На роторе имеются два стальных пакета, разделенных немагнитным материалом (обычно сплавом алюминия). Пакеты ротора соб-раны из стальных листов, размещенных в плоскости, параллельной оси вала. Следовательно, во всех элементах магнитной системы плоскость листов параллельна направлению силовых магнитных линий. Тороидальные катушки обмотки возбуждения включают так, чтобы направление тока в них в любой момент времени было согласованным.

Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, замыкается в каждом элементе магнитной системы сельсина по пути, показанному на рис. 5.33 стрелками. Из первого пакета ротора он проходит через небольшой воздушный зазор, а затем по статору переходит во второй пакет, охватывая проводники обмотки синхронизации. Непосредственному переходу потока из одного пакета ротора в другой препятствует косой промежуток, заполненный немагнитным материалом. Из второго пакета ротора поток через тороиды и внешний магнитопровод переходит в первый. При повороте ротора изменяется положение оси потока относительно обмоток синхронизации, поэтому ЭДС, индуцируемая в фазах обмотки синхронизации, зависит от угла поворота ротора, так же как и в контактных сельсинах, вследствие чего принцип действия этих видов сельсинов одинаков. Устройство бесконтактного сельсина показано на рис. 5.34, а.

Недостатком бесконтактных сельсинов является худшее использование материалов, чем в контактных, из-за больших потоков рассеяния и увеличенного тока холостого хода. При одинаковом удельном синхронизирующем моменте масса бесконтактного сельсина примерно в 1,5 раза больше, чем контактного.

В системах синхронной связи, работающих при повышенной частоте (400—1000 Гц), применяют неявнополюсные бесконтактные сельсины с кольцевым трансформатором (рис. 6,б). В этих сельсинах обмотка синхронизации расположена в пазах статора, а обмотка возбуждения — в пазах или на явно выраженных полюсах ротора. Питание к обмотке возбуждения подается посредством кольцевого трансформатора, смонтированного в общем корпусе с сельсином.

Рис. 6. Устройство бесконтактных сельсинов: 1 — корпус; 2 и 9 — тороиды; 3, 7 — обмотка возбуждения; 4 — обмотка синхронизации; 5 — немагнитный промежуток; 6 — статор; 8-ротор; 10— кольцевой трансформатор

Такой сельсин по своей конструкции подобен контактному сельсину, но вместо колец и щеток в нем применен кольцевой трансформатор. Первичная обмотка трансформатора расположена на статоре, вторичная — на роторе, а магнитопровод состоит из торцовых колец, собранных из листов электротехнической стали, и внешнего и внутреннего колец, выполненных из металлокерамики.

Назначение и принцип действия машины постоянного тока

Назначение. Машины постоянного тока применяют в качестве электродвигателей и генераторов. Электродвигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, значительную перегрузочную способность и позволяют получать как жесткие, так и мягкие механические характеристики. Поэтому их широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии (прокатные станы, кантователи, роликовые транспортеры), на транспорте (электровозы, тепловозы, электропоезда, электромобили), в грузоподъемных и землеройных устройствах (краны, шахтные подъемники, экскаваторы), на морских и речных судах, в металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, полиграфической промышленности и др. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики.

Конструкция двигателей постоянного тока сложнее и их стоимость выше, чем асинхронных двигателей. Однако в связи с широким применением автоматизированного электропривода и тиристорных преобразователей, позволяющих питать электродвигатели постоянного тока регулируемым напряжением от сети переменного тока, эти электродвигатели широко используют в различных отраслях народного хозяйства.

Генераторы постоянного тока ранее широко использовались для питания электродвигателей постоянного тока в стационарных и передвижных установках, а также как источники Электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, питания электролизных и гальванических ванн, для электроснабжения различных электрических потребителей на автомобилях, самолетах, пассажирских вагонах, электровозах, тепловозах и др.

Недостатком машин постоянного тока является наличие щеточноколлекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины. Поэтому в последнее время генераторы постоянного тока в стационарных установках вытесняются полупроводниковыми преобразователями, а на транспорте — синхронными генераторами, работающими совместно с полупроводниковыми выпрямителями.

Принципиальная возможность создания электродвигателя постоянного тока была впервые показана М. Фарадеем в 1821 г.; в созданном им приборе проводник, по которому пропускали постоянный ток, вращался вокруг магнита.

Двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением был создан в России акад. Б. С. Якоби в 1834 г., который назвал его магнитной машиной. В 1838 г. им был построен более мощный электродвигатель, который использовался для привода гребного винта речного катера. Принцип обратимости электрических машин был также впервые сформулирован русским физиком акад. Э. X. Ленцем. В дальнейшем ряд коллекторных машин постоянного тока был создан Г. Феррарисом, В. Сименсом и др. Значительное развитие теория электрических машин постоянного тока получила в трудах Д. А. Лачинова. В 1880 г. он опубликовал труд «Электромеханическая работа», в котором рассмотрел вопросы, создания вращающего момента электродвигателя, КПД электрических машин, условия питания электродвигателя от генератора и дал классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения.

В XX столетии продолжалось развитие теории и совершенствование конструкции машин постоянного тока. Большое внимание обращалось на повышение надежности этих машин путем устранения причин, вызывающих возникновения искрения под щетками (улучшения коммутации) и образования кругового огня на коллекторе.

Важное значение в решении всех теоретических и практических вопросов работы машин постоянного тока имели в трудах советских ученых: А. Е. Алексеева, Д. А. Завалишина, Г. А. Люста, А. Б. Иоффе, В. Т. Касьянова, М. П. Костенко, В. С. Кулебакина, С. И. Курбатова, Л. М. Пиотровского, Е. М. Синельникова, В. А. Толвинского, К. И. Шенфера, венгер-ского электротехника О. В. Бенедикта и др.

В настоящее время в рамках Интерэлектро разработана серия электродвигателей постоянного тока типа ПИ мощностью от 0,25 до 750 кВт, которая выпускается электропромышленностью всех стран — членов СЭВ. Эти двигатели Предназначены для регулируемых электроприводов и рассчитаны на питание от полупроводниковых преобразователей. Кроме того, электропромышленность выпускает ряд двигателей постоянного тока специального исполнения — для электротяги, экскаваторов, металлургического оборудования, шахтных подъемников, буровых установок, морских и речных судов и других приводов мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч кВт.

Рис. 8.1. Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б): 1 — обмотка возбуждения; 2 — главные полюсы; 3 — якорь; 4 — обмотка якоря; 5 — щетки; 6 — корпус (станина)

Принцип действия. Машина постоянного тока (рис. 8.1, а) имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток Iв , который создает магнитное поле возбуждения Фв . На роторе расположена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуцируется ЭДС. Таким образом, ротор машины постоянного тока является якорем, а конструкция машины сходна с конструкцией обращенной синхронной машины.

При заданном направлении вращения якоря направление ЭДС, индуцируемой в его проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. Поэтому во всех проводниках, расположенных под одним полюсом, направление ЭДС одинаковое и сохраняется таким независимо от частоты вращения. Иными словами, характер, отображающий направление ЭДС на рис. 8.1, а, неподвижен во времени: в проводниках, расположенных выше горизонтальной оси симметрии, которая разделяет полюсы (геометрическая нейтраль), ЭДС всегда направлена в одну сторону; в проводниках, лежащих ниже геометрической нейтрали, ЭДС направлена в противоположную сторону.

При вращении якоря проводники обмотки перемещаются от одного полюса к другому; ЭДС, индуцируемая в них, изменяет знак, т. е. в каждом проводнике наводится переменная ЭДС. Однако количество проводников, находящихся под каждым полюсом, остается неизменным. При этом суммарная ЭДС, индуцируемая в проводниках, находящихся под одним полюсом, также неизменна по направлению и приблизительно постоянна по величине. Эта ЭДС снимается с обмотки якоря с помощью скользящего контакта, включенного между обмоткой и внешней цепью.

Обмотка якоря выполняется замкнутой, симметричной (рис. 8.1,б). При отсутствии внешней нагрузки ток по обмотке не проходит, так как ЭДС, индуцируемые в различных частях обмотки, взаимно компенсируются.

Если щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой якоря, расположить на геометрической нейтрали, то при отсутствии внешней нагрузки к щеткам прикладывается напряжение U, равное ЭДС Е, индуцированной в каждой из половин обмоток. Это напряжение практически неизменно, хотя и имеет некоторую переменную составляющую, обусловленную изменением положения проводников в пространстве. При большом количестве проводников пульсации напряжения весьма незначительны.

При подключении к щеткам сопротивления нагрузки Rн через обмотку якоря проходит постоянный ток , направление которого определяется направлением ЭДС Е. В обмотке якоря ток разветвляется и проходит по двум параллельным ветвям (токи ia).

Для обеспечения надежного токосъема щетки скользят не по проводникам обмотки якоря (как это было вначале развития электромашиностроения), а по коллектору, выполняемому в виде цилиндра, который набирается из медных пластин, изолированных одна от другой. К каждой паре соседних коллекторных пластин присоединяют часть обмотки якоря, состоящую из одного или нескольких витков; эту часть называют секцией обмотки якоря.

Если машина работает в генераторном режиме, то коллектор вместе со скользящими по его поверхности щетками является выпрямителем. В двигательном режиме, когда к якорю подводится питание от источника постоянного тока и он преобразует электрическую энергию в механическую, коллектор со щетками можно рассматривать как преобразователь частоты, связывающий сеть постоянного тока с обмоткой, по проводникам которой проходит переменный ток.

Таким образом, главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью.

Принцип действия и устройство однофазного трансформатора

Работа однофазного трансформатора вхолостую

Трансформаторами в электротехнике называют такие электротехнические устройства, в которых электрическая энергия переменного тока от одной неподвижной катушки из проводника передается другой неподвижной же катушке из проводника, не связанной с первой электрически.

Звеном, передающим энергию от одной катушки другой, является магнитный поток, сцепляющийся с обеими катушками и непрерывно меняющийся по величине и по направлению.

На рис. 1а изображен простейший трансформатор, состоящий из двух катушек / и //, расположенных коаксиально одна над другой. К катушке / подводится переменный ток от генератора переменного тока Г. Эта катушка называется первичной катушкой или первичной обмоткой. С катушкою //, называемой вторичной катушкой или вторичной обмоткой, соединяется цепь приемниками электрической энергии.

Принцип действия трансформатора

Действие трансформатора заключается в следующем. При прохождении тока в первичной катушке / ею создается магнитное поле, силовые линии которого пронизывают не только создавшую их катушку, но частично и вторичную катушку //. Примерная картина распределения силовых линий, создаваемых первичною катушкою, изображена на рис. 1б.

Как видно из рисунка, все силовые линии замыкаются вокруг проводников катушки /, но часть их на рис. 1б силовые линии 1, 2, 3, 4 замыкаются также вокруг проводников катушки //. Таким образом катушка // является магнитно связанной с катушкою / при посредстве магнитных силовых линий.

Степень магнитной связи катушек / и //, при коаксиальном расположении их, зависит от расстояния между ними: чем дальше катушки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними, ибо тем меньше силовых линий катушки / сцепляется с катушкою //.

Так как через катушку / проходит, как мы предполагаем, переменный ток, т. е. ток, меняющийся во времени по какому-то закону, например по закону синуса, то и магнитное поле, им создаваемое, также будет меняться во времени по тому же закону.

Например, когда ток в катушке / проходит через наибольшее значение, то и магнитный поток, им создаваемый, также проходит через наибольшее значение; когда ток в катушке / проходит через нуль, меняя свое направление, то и магнитный поток проходит через нуль, также меняя свое направление.

В результате изменения тока в катушке / обе катушки / и // пронизываются магнитным потоком, непрерывно меняющим свою величину и свое направление. Согласно основному закону электромагнитной индукции при всяком изменении пронизывающего катушку магнитного потока в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила. В нашем случае в катушке / индуктируется электродвижущая сила самоиндукции, а в катушке // индуктируется электродвижущая сила взаимоиндукции.

Если концы катушки // соединить с цепью приемников электрической энергии (см. рис. 1а), то в этой цепи появится ток; следовательно приемники получат электрическую энергию. В то же время к катушке / от генератора направится энергия, почти равная энергии, отдаваемой в цепь катушкой //. Таким образом электрическая энергия от одной катушки будет передаваться в цепь второй катушки, совершенно не связанной с первой катушкой гальванически (металлически). Средством передачи энергии в этом случае является только переменный магнитный поток.

Изображенный на рис. 1а трансформатор весьма несовершенен, ибо между первичной катушкой / и вторичной катушкой // магнитная связь невелика.

Магнитная связь двух обмоток, вообще говоря, оценивается отношением магнитного потока, сцепляющегося с обеими обмотками, к потоку, создаваемому одной катушкой.

Из рис. 1б видно, что только часть силовых линий катушки / замыкается вокруг катушки //. Другая часть силовых линий (на рис. 1б — линии 6, 7, 8) замыкается только вокруг катушки /. Эти силовые линии в передаче электрической энергии от первой катушки ко второй совершенно не участвуют, они образуют так называемое поле рассеяния.

Для того чтобы увеличить магнитную связь между первичной и вторичной обмотками и одновременно уменьшить магнитное сопротивление для прохождения магнитного потока, обмотки технических трансформаторов располагают на совершенно замкнутых железных сердечниках.

Первым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 2 однофазный трансформатор так называемого стержневого типа. У него первичные и вторичные катушки c1 и с2 расположены на железных стержнях а — а, соединенных с торцов железными же накладками b — b, называемыми ярмами. Таким образом два стержня а, а и два ярма b, b образуют замкнутое железное кольцо, в котором и проходит магнитный поток, сцепляющийся с первичной и вторичной обмотками. Это железное кольцо называется сердечником трансформатора.

Вторым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 3 однофазный трансформатор так называемого броневого типа. У этого трансформатора первичные и вторичные обмотки с, состоящие каждая из ряда плоских катушек, расположены на сердечнике образуемом двумя стержнями двух железных колец а и б. Кольца а и б, окружая обмотки, покрывают их почти целиком как бы бронею, поэтому описываемый трансформатор и называется броневым.

Магнитный поток, проходящий внутри обмоток с, разбивается на две равные части, замыкающиеся каждое в своем железном кольце.

Применением железных замкнутых магнитных цепей у трансформаторов добиваются значительного снижения потока рассеяния. У таких трансформаторов потоки, сцепляющиеся с первичною и вторичною обмотками, почти равны друг другу.

Предполагая, что первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком, мы можем на основании общего закола индукции для мгновенных значений электродвижущих сил обмоток написать выражения:

В этих выражениях w1 и w2 — числа витков первичной и вторичной обмоток, a dФt — величина изменения пронизывающего катушки магнитного потока за элемент времени dt, следовательно есть скорость изменения магнитного потока. Из последних выражений можно получить следующее отношение:

т. е. индиктируемые в первичной, и вторичной катушках / и // мгновенные электродвижущие силы относятся друг к другу так же, как числа витков катушек. Последнее заключение справедливо не только по отношению к мгновенным значениям электродвижущих сил, но и к их наибольшим и действующим значениям.

Электродвижущая сила, индуктируемая в первичной, катушке, будучи электродвижущей силой самоиндукции, почти целиком уравновешивает приложенное к той же катушке напряжение. Если через E1 и U1 обозначить действующие значения электродвижущей силы первичной катушки и приложенного к ней напряжения, то можно написать:

Электродвижущая сила, индуктируемая во вторичной катушке, равна в рассматриваемом случае напряжению на концах этой катушки.

Если, аналогично предыдущему, через E2 и U2 обозначить действующие значения электродвижущей силы вторичной катушки и напряжения на ее концах, то можно написать:

Следовательно, приложив к одной катушке трансформатора некоторое напряжение, можно на концах другой катушки получить любое напряжение, стоит только взять подходящее отношение между числами витков этих катушек. В этом и заключается основное свойство трансформатора.

Отношение числа витковпервичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации трансформатора. Коэффициент трансформации мы будем обозначать kт.

Следовательно можно написать:

Трансформатор, у которого коэффициент трансформации меньше единицы, называется повышающим трансформатором, ибо у него напряжение вторичной обмотки, или так называемое вторичное напряжение, больше напряжения первичной обмотки, или так называемого первичного напряжения. Трансформатор, у которого коэффициент трансформации больше единицы, называется понижающим трансформатором, ибо у него вторичное напряжение меньше первичного.

Работа однофазного трансформатора под нагрузкою

При холостой работе трансформатора магнитный поток создается током первичной обмотки или, вернее, магнитодвижущей силой первичной обмотки. Так как магнитная цепь трансформатора выполняется из железа и потому имеет небольшое магнитное сопротивление, а число витков первичной обмотки берется обычно большим, то ток холостой работы трансформатора невелик, он составляет 5—10% нормального.

Если замкнуть вторичную обмотку на какое-либо сопротивление, то с появлением тока во вторичной обмотке появится и магнитодвижущая сила этой обмотки.

Согласно закону Ленца магнитодвижущая сила вторичной обмотки действует против магнитодвижущей силы первичной обмотки

Казалось бы, что магнитный поток в этом случае должен уменьшаться, но если к первичной обмотке подведено постоянное по величине напряжение, то уменьшения магнитного потока почти не произойдет.

В самом деле, электродвижущая сила, индуктируемая в первичной обмотке, при нагрузке трансформатора почти равна приложенному напряжению. Эта электродвижущая сила пропорциональна магнитному потоку. Следовательно, если первичное напряжение постоянно по величине, то и электродвижущая сила при нагрузке должна остаться почти той же, какой она была при холостой работе трансформатора. Это обстоятельство имеет следствием почти полное постоянство магнитного потока при любой нагрузке.

Итак, при постоянном по величине первичном напряжении магнитный поток трансформатора почти не меняется с изменением нагрузки и может быть принят равным магнитному потоку при холостой работе.

Магнитный поток трансформатора может сохранить свою величину при нагрузке лишь потому, что с появлением тока во вторичной обмотке увеличивается и ток в первичной обмотке и при том настолько, что разность магнитодвижущих сил или ампервитков первичной и вторичной обмоток остается почти равной магнитодвижущей силе или ампервиткам при холостой работе. Таким образом появление во вторичной обмотке размагничивающей магнитодвижущей силы или ампервитков сопровождается автоматическим увеличением магнитодвижущей силы первичной обмотки.

Так как для создания магнитного потока трансформатора требуется, как было указано выше, небольшая магнитодвижущая сила, то можно сказать, что увеличение вторичной магнитодвижущей силы сопровождается почти таким же по величине увеличением первичной магнитодвижущей силы.

Следовательно, можно написать:

Из этого равенства получается вторая основная характеристика трансформатора, а именно, отношение:

I1/I2 = w2/w1 = 1/kт,

где kт — коэффициент трансформации.

Таким образом, отношение токов первичной и вторичной обмоток трансформатора равно единице, деленной на его коэффициент трансформации.

Итак, основные характеристики трансформатора заключаются в отношениях

Е1/Е2 = w1/w2 = kт и I1/I2 = w2/w1 = 1/kт

Если перемножить левые части отношений между собой и правые части между собой, то получим I1E1/I2E2 = 1 и I1E1 = I2E2

Последнее равенство дает третью характеристику трансформатора, которую можно выразить словами так: отдаваемая вторичной обмоткой трансформатора мощность в вольт-амперах, почти равна мощности, подводимой к первичной обмотке также в вольт-амперах.

Если пренебречь потерями энергии в меди обмоток и в железе сердечника трансформатора, то можно сказать, что вся мощность, подводимая к первичной обмотке трансформатора от источника энергии, передается вторичной обмотке его, причем передатчиком служит магнитный поток.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Мультивибратор с ёмкостными коллекторно-базовыми связями (релаксационный генератор колебаний). Ждущий, быстродействующий вибраторы, блокинг-генераторы. Автоколебательный, ждущий режим работы. Пуск в ход двигателей постоянного тока, регулирование частоты.

лекция [329,3 K], добавлен 20.01.2010

Электрические машины постоянного и переменного тока. Трансформаторы, источники вторичного питания. Вентили, аккумуляторы и выпрямители. Преобразователи постоянного тока. Термоэлектрические генераторы. Защита человека от воздействия электромагнитного поля.

дипломная работа [1,1 M], добавлен 10.03.2013

Общая характеристика шифровальных машин, их виды и назначение. Отличительные особенности немецкой модели «Энигма-1», ее технические характеристики, упрощенный и детальный вид корпуса. Устройство шифровальной машины, принцип действия, назначения элементов.

презентация [4,9 M], добавлен 19.12.2010

Принцип действия и параметры элементов ПЗС, а также разновидности их конструкций. Распределение поверхностного потенциала в МДП-структуре в направлении, перпендикулярном затвору. Принцип действия ПЗС основан на накоплении и хранении зарядовых пакетов.

реферат [104,5 K], добавлен 11.12.2008

Устройство, эквивалентная схема биполярного транзистора. Назначение эмиттера и коллектора. Основные параметры, принцип действия и схемы включения n–p–n транзистора. Режимы его работы в зависимости от напряжения на переходах. Смещение эмиттерного перехода.

реферат [266,3 K], добавлен 18.01.2020

Электрические и конструкторские требования к стабилизатору, назначение и принцип действия. Техника безопасности теплового режима. Требования эргономики и эстетики. Организация и планирование подготовки производства. Мероприятия по технике безопасности.

дипломная работа [58,5 K], добавлен 08.05.2009

Функции микропроцессоров в измерительных приборах. Цифровые вольтметры постоянного тока с время — импульсным преобразованием. Назначение, принцип действия и устройство цифровых частотомера, спидометра, термометра электронного весового оборудования.

реферат [608,5 K], добавлен 10.06.2014

Системы связи малого радиуса действия, их внутренняя структура и принципы взаимодействия отдельных элементов, сферы и особенности применения: строительство, охрана. Их характеристика, принцип действия, оценка достоинств и недостатков, условия применения.

контрольная работа [20,9 K], добавлен 03.12.2014

Технологический процесс изготовления катодолюминесцентного индикатора. Внешний вид и конструкция прибора. Принцип действия вакуумных индикаторных люминесцентных ламп ИВ-2, их электрические параметры. Подключение выводов для формирования цифр и знаков.

курсовая работа [4,6 M], добавлен 19.04.2020

Цифровые оптические вычислительные машины. Некогерентные излучатели, принцип действия светодиодов. Явление спонтанной инжекционной электролюминисценции. Снижение доли поглощаемого внутри кристалла излучения – три метода борьбы. Когерентные излучатели.

контрольная работа [139,7 K], добавлен 21.02.2009

Добавить комментарий