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.