
- •Раздел 1 Машины постоянного тока
- •Тема 1.1. Общие сведения о машинах постоянного тока
- •1.1.1. Основные сведения о машинах постоянного тока и их классификация
- •1.1.2. Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
- •1.1.3. Конструкция генератора и двигателя постоянного тока
- •1.1.4. Обмотки якоря машин постоянного тока
- •1.1.5. Электродвижущая сила (эдс) и электромагнитный момент машины постоянного тока
- •1.1.6. Выбор типа обмотки якоря
- •Тема 1.2. Магнитное поле машины постоянного тока
- •1.2.1. Магнитная цепь машины постоянного тока и реакция якоря
- •1.2.2. Способы возбуждения машин постоянного тока
- •Тема 1.3. Коммутация в машинах постоянного тока
- •1.3.1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе
- •1.3.2. Виды коммутации и способы её улучшения
- •Тема 1.4. Коллекторные генераторы и двигатели постоянного тока
- •1.4.1. Виды генераторов постоянного тока и их характеристики
- •1.4.2. Параллельная работа генераторов постоянного тока
- •1.4.3. Коллекторные двигатели постоянного тока
- •1.4.4. Пуск и регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока
- •1.4.5. Потери и кпд коллекторных машин постоянного тока
- •1.4.6. Машины постоянного тока специального назначения
- •Раздел 2. Трансформаторы
- •Тема 2.1. Назначение, классификация, принцип действия и устройство трансформаторов
- •2.1.1. Назначение, классификация и принцип действия трансформаторов
- •2.1.2.Устройство трансформаторов
- •2.1.3.Многообмоточные трансформаторы
- •Тема 2.2. Режимы работы трансформатора и его характеристики
- •2.2.1. Приведенный трансформатор
- •2.2.2. Режим холостого хода
- •2.2.3. Нагрузочный режим
- •2.2.4. Режим короткого замыкания
- •2.2.5. Потери и кпд трансформатора
- •2.2.6. Регулирование напряжения трансформаторов
- •Тема 2.3. Группы соединения обмоток и параллельная работа трансформаторов
- •2.3.1. Группы соединения обмоток
- •2.3.2. Параллельная работа трансформаторов
- •Тема 2.4 Автотрансформаторы и трансформаторы специального назначения
- •2.4.1. Автотрансформаторы
- •2.4.2. Трансформаторы специального назначения
- •Раздел 3. Машины переменного тока
- •Тема 3.1. Синхронные машины переменного тока
- •3.1.1. Назначение, принцип действия и устройство синхронных машин переменного тока
- •3.1.2. Возбуждение синхронных машин
- •3.1.3. Потери и кпд синхронных машин
- •Тема 3.2. Синхронные генераторы
- •3.2.1. Реакция якоря синхронного генератора
- •3.2.2. Характеристики синхронного генератора
- •3.2.3. Включение синхронных генераторов на параллельную работу
- •Тема 3.3 Синхронные двигатели и компенсаторы
- •3.3.1. Особенности конструкции синхронных двигателей
- •3.3.2. Пуск и регулирование скорости вращения синхронных двигателей
- •3.3.3. Рабочие характеристики синхронного двигателя
- •3.3.4. Синхронные компенсаторы
- •3.3.5. Синхронные машины специального назначения
- •Тема 3.4 Асинхронные машины
- •3.4.1. Назначение, конструкция, принцип действия и режимы работы асинхронной машины
- •3.4.2. Устройство асинхронных двигателей
- •3.4.3. Потери и кпд асинхронного двигателя
- •3.4.4. Характеристики асинхронного двигателя
- •3.4.5. Пуск и регулирование частоты вращения трёхфазных асинхронных двигателей
- •3.4.6. Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
- •3.4.7 . Асинхронные машины специального назначения
- •Раздел 4. Химические преобразователи электрической энергии
- •Тема 4.1. Гальванические элементы
- •4.1.1. Электрический ток в жидких проводниках
- •4.1.2. Эдс в гальваническом элементе
- •4.1.3. Сухие гальванические элементы
- •Тема 4.2. Аккумуляторы
- •4.2.1. Принцип действия аккумуляторов
- •4.2.2. Кислотные аккумуляторы
- •4.2.3. Щёлочные аккумуляторы
- •4.2.4. Электрические характеристики аккумуляторов
- •Раздел 5. Нагревание и охлаждение электрических машин и трансформаторов
- •Тема 5.1. Нагревание электрических машин и трансформаторов
- •5. 1. 1. Закон нагревания электрических машин и трансформаторов
- •5.1.2. Номинальные режимы работы электрических машин
- •Тема 5.2. Охлаждение электрических машин и трансформаторов
- •5.2.1. Охлаждение электрических машин
- •5.2.2. Охлаждение трансформаторов
- •5.2.3. Новые принципы создания электрических машин
- •Литература
Харьковский техникум железнодорожного транспорта
Акименков В. А.
Электрические машины
Конспект лекций
2011
Введение
Электрические машины – это электромеханические устройства, осуществляющие преобразование механической энергии в электрическую (генераторы) или электрической энергии в механическую (электродвигатели.) Генераторы вращаются первичными двигателями (двигателями внутреннего сгорания, паровыми и газовыми турбинами, ветряными двигателями и т. д.). Электродвигатели получают энергию из электрических сетей и приводят в движение различные механизмы.
Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях генераторами, необходимо передать потребителям, Передача осуществляется при высоком напряжении до 750 кВ и выше. Этим обеспечиваются минимальные потери в линиях электропередач. В процессе передачи и распределения электроэнергии приходится неоднократно повышать и понижать напряжение. Эту функцию выполняют трансформаторы. Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более, индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока при неизменной частоте.
Теоретические основы производства и развития электрических машин и трансформаторов были заложены в 1821 г. М. Фарадеем. Он установил возможность преобразования электрической энергии в механическую и создал первую модель электродвигателя.
В курс предмета ″Электрические машины″ входят следующие основные разделы:
1. Машины постоянного тока – изложены сведения о конструкции, принципе действия и назначении машин постоянного тока.
2. Трансформаторы - изложены сведения о конструкции, принципе действия, классификации и назначении трансформаторов.
3. Машины переменного тока - изложены сведения о конструкции, принципе действия, классификации и назначении машин переменного тока.
4. Химические преобразователи электрической энергии - изложены сведения о конструкции, принципе действия, классификации и назначении химических источников электрической энергии.
5. Нагревание и охлаждение электрических машин и трансформаторов - изложены сведения о процессах нагревания и охлаждения электрических машин и трансформаторов, допустимых температурах нагрева, а также о вентиляции электрических машин и охлаждении трансформаторов.
Раздел 1 Машины постоянного тока
Тема 1.1. Общие сведения о машинах постоянного тока
1.1.1. Основные сведения о машинах постоянного тока и их классификация
Электрические машины постоянного тока принято делить на генераторы и электродвигатели, хотя любая электрическая машина постоянного тока может работать как генератор и как электродвигатель.
Генераторы и электродвигатели постоянного тока широко применяют в различных областях. Основным достоинством электродвигателей постоянного тока является удобство регулирования в широких пределах скорости вращения (изменяя питающее напряжение) и большой момент, развиваемый при пуске. Регулирование скорости вращения осуществляется в основном системой машин, в которую входят генератор и электродвигатель постоянного тока.
В зависимости от вырабатываемой или потребляемой мощности электрические машины постоянного тока бывают:
1). Гигантские – мощностью 6000 кВт и выше.
2). Машины для радиотехнических установок – мощностью от 3 до 150 кВт.
3). Электродвигатели для транспорта – мощностью от 40 до 550 кВт на напряжение от 1,5 до 3 кВ.
4). Машины нормального типа (серия П) – используются как генераторы, так и как электродвигатели; их мощность от 0,15 до 200 кВт на напряжение от 110 до 460 В.
5). Микромашины – используются в основном в схемах автоматики, их мощность составляет доли ватта.
Коэффициент полезного действия (КПД) машин постоянного тока зависит от мощности. Например; при мощности 100 Вт КПД – 62%, а при мощности 100кВт – 94%.
Основным недостатком машин постоянного тока является наличие щёточно-коллекторного узла. Это приводит к снижению надёжности, усложняет и удорожает конструкцию, требует постоянного контроля над машиной. Кроме того, для питания машин постоянного тока, необходимо дополнительное оборудование (выпрямители или генераторы постоянного тока), так как основной вид электроснабжения – электроэнергия переменного тока.
1.1.2. Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
Генератор
постоянного тока преобразует механическую
энергию в электрическую энергию
постоянного тока. В основе его работы
лежит явление электромагнитной индукции,
т, е. наведение ЕДС в проводниках,
движущихся в магнитном поле. Простейший
генератор постоянного тока состоит из
постоянного магнита (статор), между
полюсами которого размещена рамка
(виток или секция) из проводникового
материала (якорь). Концы рамки присоединены
к двум медным изолированным полукольцам
(простейший коллектор). На эти полукольца
наложены две неподвижные щётки. Коллектор
и щётки предназначены для преобразования
наведенной в рамке переменной ЭДС в
постоянную, а точнее в пульсирующую
ЭДС, и для подключения якоря к внешней
электричес
кой
цепи (рис. 1).
Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока:
— ЭДС и ток в обмотке якоря; --- ЭДС и ток во внешней цепи
(на выходе) генератора.
Пульсирующий ток не всегда пригоден для практического применения. Пульсацию тока можно значительно уменьшить и сделать ток практически постоянным по величине, а не только по направлению, если на якоре установить не одну, а несколько секций, а на коллекторе столько же пластин.
Электродвигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. В основе его работы, как и у генератора постоянного тока, лежит явление электромагнитной индукции. Следовательно, одна и та же машина постоянного тока, может работать как генератор и как электродвигатель. Разница между ними состоит в том, что к зажимам генератора подключается потребитель электрической энергии, а на зажимы электродвигателя подаётся питающее напряжение.