- •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.
2.2. Однонаправленное преобразование энергии в электрических машинах
Как показано в 2-1, взаимная индуктивностьL12между обмотками статора и ротора в электрической машине является периодической функцией угла повороте ротора. В общем виде эту функцию можно представить в виде:
.
Тогда электромагнитный момент согласно будет представлен в виде:
,
где p- число пар полюсов.
По обмоткам машины в общем случае протекают переменные токи:
Рис. 2-3. Условия получения однонаправленного момента в электрической машине.
На принятоω1=4·p·ω, ω2=3·p·ω,f1=0,f2=π/2.
Однонаправленное преобразование энергии в электрической машине будет происходить, если частоты токов в обмотках будут согласованы с периодичностью изменения индуктивности L12, что среднее значение электромагнитного момента будет отлично от нуля:
,
где - период изменения взаимной индуктивностиL12.
Подставляя в , и представив произведение синусов суммой синусов алгебраической суммой аргументов, получим:
Подынтегральное выражение состоит из четырех слагаемых, изменяющихся с частотами ω1±ω2-p·ω, ω1±ω2+p·ω, интегралы от которых равна нулю, если эти частоты не равны нулю.
Таким образом, среднее значение моментаM0не будет равным нулю, если одна из частот равна нулю, т.е. ω1+ω2=p·ωили ω1-ω2=p·ω
При выполнении условия получим:
Как видно из , средний момент достигает наибольшего значения в двигательном режиме (M0>0) прии в генераторном режиме (M0<0) при.
Получение однонаправленного преобразования энергии в двухобмоточной машине показано на при ω1-ω2=p·ωи.
Итак, для получения однонаправленного преобразования энергии в машине переменного .тока с двумя обмотками необходимо, чтобы сумма или разность угловых частот токов в обмотках равнялась угловой частоте изменения взаимной индуктивности между обмотками p·ω, направление преобразования энергии зависит от значения суммы или разности сдвига фаз токов по отношению к взаимной индуктивности: приэлектрическая энергия преобразуется в механическую (двигательный режим), примеханическая энергия преобразуется в электрическую (генераторный режим).
Различают два типа машин переменного тока: асинхронные машины и синхронные машины.
В синхронных машинах обе обмотки питаются токами с жестко заданными частотами ω1и ω2. Угловая скорость ротора при этом остается постояннойнезависимо от момента по валу. При изменении момента меняются лишь амплитуды и фазы токовi1 иi2.
Наиболее широкое применение нашли синхронные машины с трехфазной обмоткой на статоре н однофазной обмоткой на роторе, питаемой постоянным током. В основном это мощные генераторы. У этой машины ω2=0 иf2=0.
В асинхронных машинах только одна из обмоток - обычно обмотка статора получает питание от электрической сети, частота которой ω 1- задана. Вторая обмотка замыкается накоротко. Токi2в этой обмотке появляется в результате электромагнитной индукции с обмоткой статора. Частота ω2токаi2является функцией угловой скорости ротора ω2=ω1-p·ω и удовлетворяет условию однонаправленного преобразования энергии .
Наиболее распространенными являются асинхронные машины с трехфазной обмоткой на статоре и короткозамкнутым ротором, работающим в двигательном режиме.
Трехфазный асинхронный двигатель был впервые разработан М.О. Доливо-Добровольским в 1889-90 г.г. и с тех пор принципиально почти не изменился.