- •Электромеханика
- •Глава 1. Теоретические основы электромеханики
- •1. Теоретические основы электромеханики
- •1.1. Уравнения движения. Электромеханические аналогии
- •1.2. Электромеханические аналогии уравнения Лагранжа-Максвелла
- •1.3. Энергия электрического и магнитного полей. Силы и моменты, возникающие при электромеханическом преобразовании энергии
- •1.4. Электромагнитные, электродинамические и электростатические преобразователи.
- •1.4.1. Электромагнитные преобразователи.
- •1.4.2. Электродинамические преобразователи.
- •1.4.3. Электростатические преобразователи.
- •1.5. Классификация электромеханических преобразователей
- •1.6. Представление электромеханических преобразователей как преобразователей сигналов (информации)
- •1.7. Анализ простейшего электромеханического преобразователя.
- •1.8. Упражнения и контрольные вопросы к главе 1.
- •Глава 2. Преобразование энергии в электрических машинах
- •2.1. Принцип электромеханического преобразования энергии в электрической машине
- •2.2. Однонаправленное преобразование энергии в электрических машинах
- •2.3. Электромеханическое преобразование энергии с помощью вращающегося магнитного поля. Потери энергии. Кпд .
- •2.4. Классификация электрических машин
- •2.5. Упражнения и контрольные вопросы к главе 2.
- •Глава 3. Асинхронные машины
- •3.1. Общие с сведения и электромеханическое преобразование энергии в асинхронных машинах
- •3.2. Асинхронные трехфазные двигатели
- •3.3. Асинхронные двухфазные управляемые двигатели
- •3.4. Упражнения и контрольные вопросы к главе 3.
- •Глава 4. Синхронные машины
- •4.1. Электромеханическое преобразование энергии в синхронных машинах
- •4.2. Специальные синхронные двигатели
- •4.3. Упражнения и контрольные вопросы к главе 4.
- •Глава 5. Электрические машины постоянного тока
- •5.1. Принцип действия и преобразование энергии в машинах постоянного тока
- •5.2. Двигатели постоянного тока
- •5.3. Генераторы постоянного тока
- •5.4. Вентильные двигатели
- •5.5. Упражнения и контрольные вопросы к главе 5.
Глава 2. Преобразование энергии в электрических машинах
2.1. Принцип электромеханического преобразования энергии в электрической машине.
2.2. Однонаправленное преобразование энергии в электрических машинах.
2.3. Электромеханическое преобразование энергии с помощью вращающегося магнитного поля. Потери энергии. КПД.
2.4. Классификация электрических машин
2.5. Упражнения и контрольные вопросы к главе 2.
2.1. Принцип электромеханического преобразования энергии в электрической машине
Электромагнитная схема простейшей электрической машины показана на .
Рис. 2-1. Электромагнитная схема простейшей электрической машины
a) в режиме генератора
b) в режиме двигателя
Она состоит из двух основных элементов: неподвижного статора и вращающегося ротора. В пазах на поверхности ротора расположена обмотка с числом витков ω1, а на статоре - обмотка ω2.
Электромеханическое преобразование энергии в машине связано с ЭДС, которые индуктируются в обмотках вследствие изменения их взаимного расположения в пространстве.
Предположим, что машина работает в режиме генератора (), тогда в обмотке ω2протекает постоянный токi2, который создает постоянный магнитный потокf. Потокосцепление этого потока с обмоткой ротора ω1зависит от угла γ. При γ=0 потокосцепление имеет максимальное положительное значение
При повороте ротора потокосцепление линейно изменяется в функции угла γ, как показано на .
Рис. 2-2. Изменение потокосцепления и ЭДС в простейшей электрической машине.
Аналогичным образом изменяется взаимная индуктивность между обмотками :
При вращении ротора с угловой скоростью ω угол γ=ω·tлинейно увеличивается, что приводит к возникновению в обмотке ω1так называемой ЭДС вращения:
Как видно из , в обмотке ротора простейшей машины индуктируется ЭДС прямоугольной формы с периодом. (В машинах с однополюсной системой взаимная индуктивностьL12и индуктируемая ЭДСe1изменяются по гармоническому закону, как показано на пунктиром). При замыкании роторной обмотки на нагрузкуRHв цепи возникает переменный ток, гдеR1- активное сопротивление обмотки ω1. При этом в обмотке ω1будет генерироваться электрическая мощность
.
В результате взаимодействия магнитного поля тока i2с токомi1на poтop будет действовать электромагнитный моментM, который уравновешивается внешним моментомMB:
При этом через вал к ротору должна быть подведена механическая мощность, преобразуемая в равную ей электрическую мощность e1·i1по
Как видно из , токi1и производнаявсегда имеют противоположные знаки, поэтому согласно мощность всегда положительна. Это означает, что в электрической машине осуществляется однонаправленное электромеханическое преобразование энергии. В данном случае из механической в электрическую, так как машина работает в режиме генератора.
При работе в режиме двигателя согласно запишем уравнение роторной цепи в виде:
,
и, умножив его на i1, получим мощность, поступающую из сети на обмотку ω1
Часть этой мощности R1·i12выделяется в виде теплоты в обмотке, а остальная ее часть преобразуется в механическую мощность
.
Вращающий момент в режиме двигателя положителен (M>0) и направлен в сторону вращения.
Таким образом, в простейшей электрической машине выполняется принцип обратимости, установленный академиком Ленцем еще в 1883 году.