40

Федеральное агентство по образованию _______________________________________________________________________________ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)

Алексеев в.В.

Краткий

Конспект лекций

''Электрические машины''

Часть I, II

Для специальности эр Санкт-Петербург' 2005

- Электрической машиной (ЭМ), называется электромеханический преобразователь (ЭМП), служащий для преобразования механической энергии в электроэнергию и обратно (генератор и двигатель).

Электрический двигатель (ЭД) является частью электромеханической системы (ЭМС, содержащей кроме ЭМП, САР и силовой преобразователь) – электрического привода (ЭП).

Кроме основного назначения ЭМ имеют и другие применения: 1. Электромашинные преобразователи. 2. Электромашинные усилители (устройства 1 и 2 в настоящее время вытесняются полупроводниковыми преобразователями). 3. синхронные компенсаторы.

- Классификация электрических машин

Рис. 1. Классификация электрических машин по принципу действия

Универсальные машины (Рис.1), в отличие от машин постоянного тока (МПТ), работают на постоянном и на переменном токе. Это машины небольшой мощности (как и реактивные синхронные двигатели).

Бесколлекторные машины могут быть как многофазными, так и однофазными. ЭМ имеют мощность от нескольких ватт до сотен МВт и разнообразные конструктивных формы, соответствующие различным условиям работы и предъявляемым требованиям.

Курс, помимо ЭМ, предусматривает изучение трансформаторов.

Трансформатор (Тр) является статическим преобразователем электроэнергии переменного тока при f, P = const (КПД близок к 1), что дает переменному току преимущества, при передаче энергии на большие расстояния. Отсутствие вращающихся частей придает трансформатору иную, чем у ЭМ конструктивную форму. Однако его принцип работы также как ЭМ основан на явлении электромагнитной индукции.

- Основные законы электромеханики.

Первый закон. Электромеханическое преобразование энергии не может осуществляться с КПД, равным 100%.

Второй закон. Все электрические машины обратимы, т. е. одна и та же машина может работать в режимах двигателя и генератора.

Третий закон. Электромеханическое преобразование энергии осуществляется полями, неподвижными относительно друг друга, а результирующее поле в машине создается полями статора и ротора. Ротор может вращаться с той же скоростью, что и поле, или с другой скоростью, однако поля ротора и статора в установившемся режиме неподвижны относительно друг друга.

Изложение курса электрических машин основано на знаниях законов электрических и магнитных явлений.

- Первый закон, лежащий в основе работы ЭД – закон Ампера (электромагнитной силы), определяющий силу F_эм, действующую на конечный участок проводника l с током i, находящегося в магнитном поле

В случае однородного магнитного поля и прямолинейного проводника, перемещающегося перпендикулярно магнитным силовым линиям (=90⁰), выражения закона Ампера упрощается F_эм=B l i.

Второй закон, лежащий в основе работы ЭМ - закон электромагнитной индукции в известной формулировке Максвелла e= –dФ/dt.

О дним из законов используемых при проектировании является закон магнитной цепи, аналогичный закону Ома для электрической цепи

где Ф и F – магнитный поток и м.д.с., w – число витков и i – ток в проводниках катушки, dl – элементарное перемещение в магнитном поле,  и S – магнитная проницаемость и нормальное сечение трубки магнитной индукции, R_– магнитное сопротивление цепи с n участками.

- Согласно закону электромагнитной индукции в более удобной формулировке Фарадея, если внешней силой F перемещать проводник в магнитном поле, например, слева направо (рис. 2) перпендикулярно вектору магнитной индукции В, то в проводнике будет наводиться ЭДС

E=B l v,

где B – магнитная индукция, Тл; l — активная длина проводника, т.е. длина его части, находящейся в магнитном поле, м; v—скорость движения проводника в плоскости, нормальной к B, в направлении перепендикулярном к l, м/сек; Е— электродвижущая сила, индуктируемая в проводнике, [В].

(В случае однородного магнитного поля и прямолинейного проводника, перемещающегося перпендикулярно магнитным силовым линиям поля (угол =90⁰).

- Принцип действия и общая конструктивная схема машин одного типа одинакова (рис. 1.7).