Часть 1

Силовые трансформаторы

Введение.

Настоящее пособие открывает серию методических указаний к самостоятельной работе студентов по изучению отдельных разделов курса "Электрические машины".

Необходимость издания этих указаний обусловлена прежде всего существенным различием в объемах числа часов, отводимых учебными планами для специальности 0628 на изучение этого курса, и объемов учебного материала, содержащегося в стандартных учебниках и учебных пособиях по "Электрическим машинам". Стремление охватить все разделы учебной программы в реальное время, отводимое учебным планом, и при этом обеспечить глубокое пони мание студентами вопросов эксплуатации электрических машин при вело кафедру основ электротехники и электромашин КГРИ к необходимости октодидактической реконструкции курса. Эта реконструкция затронула вопросы порядка изложения основных разделов, разработки и использования единого подхода к изучению основных ти­пов электромашин» некоторого изменения традиционных методов опи­сания режимов работы и т.п.

Весь лекционный курс разделен на 7 разделов. В так называемых базовых разделах изучаются силовые трансформаторы, асинхронные машины» синхронные машины и машины постоянного тока. При этом рассматриваются только установившиеся» симметричные для трехфазных машин режимы работы без детального освещения вопросов конструкции. Изучение базовых разделов производится по единому плану:

а) рассматриваются вопросы принципа действия и конструктивных особенностей машины, причем для асинхронных, синхронных и машин постоянного тока акцентируется аналогия и новые свойства по отношению к ранее изученным;

б) исследуются математические (системы уравнений) и физические (схемы замещения) модели электрической машины;

в) рассматриваются рабочие характеристики данного типа электромашины - в плане их общего описания и прогнозирования по каталожным или экспериментальным данным;

г) изучаются методы экспериментального исследования реальных машин - опыты холостого хода, короткого замыкания или другие специальные режимы машины, не требующие ее нормальной нагрузки;

д) рассматриваются вопросы совместной работы машин и проблемы их регулирования.

В процессе изложения базовых разделов используется единый подход -все свойства реальных машин и особенности их конструкций ставятся в причинную связь с необходимостью минимальных потерь энергии при ее преобразовании в машине.

В дополнение к базовым изучаются три дополнительных раздела курса, в которых рассматриваются конструкции обмоток машин переменного и постоянного тока, специальные (несимметричные и переходные) режимы и специальные типы электрических машин.

В настоящих "Методических указаниях", как и в последующих - по разделам "Асинхронные машины", "Синхронные машины", "Машины постоянного тока" допущены некоторые отступления от традиционных обозначений и терминов. Эти отступления не имеют принципиального характера и приняты лишь с целью достичь единообразия изложения теории основных типов машин, отметить существующие аналогии или определять некоторые величины в более удобных для практики единицах измерения.

Так понятие "электродвижущая сила" трактуется только как следствие действия переменного поля на некоторый контур. При этом (рис. 1) всюду рассматривается э.д.с., возникающая в некоторой катушке с числом витков w, так что потокосцепление этой катушки

где Ф - поток, сцепленный с любым из витков.

Во всех случаях при определении э.д.с. используется принцип Ленца, т.е. учитывается стремление любого контура поддерживать свое потокосцепление неизмененным, сохранять свой "магнитный суверенитет". Так, например, если в контуре рис.1 ток i₁₂ является синусоидальным, то э.д.с. самоиндукции этого контура определяется как e₂₁, т.е. как сила, препятствующая прохождению тока. Тогда

и векторная диаграмма (при отсутствии стали) имеет вид

Весьма часто будут отмечаться ситуации, когда между током (синусоидальным) I и вызванным им полем (с потоком Ф) существует линейная зависимость. В этих случаях э.д.с. Е, созданная полем Ф и ток I также пропорциональны, т.е.

(1)

Коэффициент пропорциональности X (индуктивное сопротивление) мы будем всегда рассматривать как эквивалент действия некоторого поля Ф.

В схемах замещения электрических машин будут использоваться и элементы R или активные сопротивления. Далеко не всегда данному R можно будет поставить в соответствие некоторое "омическое" сопротивление. Поэтому более удобно и методически правильно понимать под активным сопротивлением эквивалент преобразования электроэнергии в другой вид (например в тепло), так что мощности

определяют скорость этого преобразования.

Последнее замечание касается вращающихся машин: в них мы будем определять скорость вращения

(об/мин) (2)

где - частота вращения (1/с); а также величину момента

(3)

где Р - соответствующая мощность (Вт);

n - скорость вращения (об/мин).

Эти размерности пока еще более привычны в практике эксплуатации электрических машин.