1) Принцип действия электрических генераторов и двигателей

Генераторы— при вращение ветка его рабочие стороны пересекают магнитные селевые линии полюсов, поэтому в них индуктируется ЭДС. Если к ветку подсоединить проводники и нагрузку (потребитель лампочка) то в цепи пойдет электрический ток. Этот ток будет направлен также как и ЭДС. Этот ток образует собственное магнитное поле и при этом он образует силы, действующие на проводники по направлению определяемой правилами левой руки. Эти силы создают электромагнитный вращающий момент, и он направлен в сторону противоположную вращению проводников, поэтому он является тормозным моментом. Для того чтобы предотвратить остановку якоря требуется приладить внешний вращающий момент противоположный тормозному моменту и больший по величине.

Условиями работы электрических генераторов является;

1. Совпадение по направлению тока и ЭДС что указывает, что машина отдает электрическую энергию (мощность).

2. Возникновение электромагнитного тормозного момента, из которого вытекает необходимость в получение извне механической энергии.

Двигатель — если подключить проводникам якоря к источнику тока, то по проводнику начинает происходить электрический ток. Этот ток будет создавать собственное магнитное поле, которое взаимодействие с магнитным полем полюсов будут, выталкивается, в результате совместного действия этих сил создается вращающий момент, который приводит якорь с проводниками во вращения. Одновременно при вращение подводников якоря в магнитном поле в каждом проводнике, индуктируется, ЭДС который определяется правилами правой руки. Следовательно, это ЭДС направлено против тока от внешнего источника, то есть она препятствует прохождения тока по проводникам. По этой причине для электродвигателей ее называют противно – ЭДС. Для того чтобы якоря продолжал, вращается и создавал требуемый момент (сила тяги) необходимо прикладывать к электродвигателю внешнее напряжение направленное на встречу против – ЭДС и больший по величине.

Условия работы электродвигателей.

1. Совпадение по направлению электромагнитного момента и частоты вращения якоря это характеризует отдачу машиной в механической энергии.

2. Возникновение в проводниках якоря против – ЭДС направлено против внешнего напряжения и тока и с него вытекает необходимость потребления извне электрической энергии.

Назначение коллектора. При вращение рамки в магнитном поле индуктированная в нем ЭДС непрерывно изменяется по величине и направлению, а соответственно изменяется и ток во внешней цепи по тому же самому закону. Для получения во внешней цепи постоянного по направлению тока концы рамок подсоединяют к полукольцам. А для того чтобы получить постоянный по величине ток применяют большое количество рамок. Такую конструкцию называют, коллектором и его назначение является выпрямление переменной ЭДС получаемой в рамке.

Коллектор позволяет сохранить в постоянном направлением тока и напряжение во вешней электрической цепи действующую между щетками несмотря то, что в витке якоря ЭДС и ток изменяется дважды за один полный оборот рамки. Коллектор предназначен для соединения якорной обмотки с внешней цепью.

Условные обзначения

Главный плюс силы обмотка возбуждения.

Веток -1 конвенционная машина (только в мощных)

Веток-2 обмотка дополнительного полюса (практически во всех машинах)

Веток-3 обмотка последовательного возбуждения (машины последовательного возбуждения)

Веток-4 обмотка независимого сил параллельного возбуждения.

2) Электромеханическое преобразование энергии.

Электромеханическое преобразование энергии осуществляется полями, неподвижными относительно друг друга. 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. Электромеханическое преобразование энергии осуществляется в большинстве ЭП, если изменяются напряжения, токи и параметры. В некоторых электрических машинах изменяются только напряжения и токи, а коэффициенты перед переменными - постоянны. Преобразование энергии в ЭП также возможно при постоянных напряжениях, но изменяющихся параметрах. При этом электромеханическое преобразование энергии возможно при изменении как индуктивностей, так и активных сопротивлений, входящих в уравнения ЭП. При изменении момента инерции происходит накопление или отдача энергии в сеть.

3) Классификация электрических машин.

Все электрические машины можно классифицировать по ряду признаков.

1. По назначению:

- Электрические генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую,

- Электрические двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую,

- Электромашинные преобразователи, преобразующие переменный ток в постоянный и наоборот, изменяющие величину напряжения, частоту и число фаз,

- Электромашинные компенсаторы, осуществляющие генерирование реактивной мощности в электрических установках для улучшения энергетических показателей источников и приёмников электроэнергии,

- Электромеханические преобразователи сигналов, генерирующие, преобразующие и усиливающие различные сигналы.

2. По роду тока:

- Электрические машины постоянного тока,

- Электрические машины переменного тока: синхронные, асинхронные,

,,3. По мощности:

- Микромашины – до 500 Вт,

- Машины малой мощности – от 0,5 кВт до 10 кВт,

- Машины средней мощности – от 10 кВт до 100 кВт,

- Машины большой мощности – свыше 100 кВт.

4. По частоте вращения:

- Тихоходные – до 300 об/мин,

- Средней быстроходности – от 300 об/мин до 1500 об/мин,

- Быстроходные – от 1500 об/мин до 6000 об/мин,

- Сверхбыстроходные – свыше 6000 об/мин.

5. По степени защиты:

- Открытое исполнение (соответствует степени защиты IP00),

- Защищенное ( IP21, IP22),

- Брызгозащищенное и каплезащищенное (IP23, IP24),

- Водозащищенное (IP55, IP56),

- Пылезащищенное (IP65, IP66),

- Закрытое (IP44, IP54),

- Герметичное (IP67, IP68).

6. По группе эксплуатации

Каждая электрическая машина относится к какой-либо группе эксплуатации, обозначаемая М1 - М31. Указанная группа характеризует приспособленность машины к вибрации с определенной частотой, к ускорениям и ударам. В основном, машины общего назначения относятся к группе М1, предусматривающей размещение на стенах или фундаментах при отсутствии ударных нагрузок.

7. По продолжительности и особенности работы машины.Продолжительность и особенности работы машины характеризуется режимом работы, который указывается в паспорте и обозначается буквой S и цифрой от 1 до 8. Описание режимов работы приводится в нормативных документах. См. здесь: Режимы работы электродвигателей.

Например, S1 – продолжительный режим, при котором машина успевает нагреться до установленной температуры. Режим работы имеет значение при выборе электродвигателей для привода различных механизмов. 

На рисунке ниже представлена основная классифкация электрических машин по роду тока, принципу действия и типу возбуждения.

Классификация электрических машин

8. По способу монтажа.

Исполнение электрической машины по способу монтажа обозначается буквами IМ и четырьмя цифрами, например, IМ1001, IМ3001 и др. Первая цифра характеризует конструктивное исполнение машины (на лапах – для установки на горизонтальной поверхности,электрические машины с фланцем – для крепления к вертикальной поверхности и т.д.). 

Далее двумя цифрами обозначается способ монтажа и направление конца вала машины, а последняя цифра указывает на исполнение конца вала (цилиндрический, конический и пр.)

Основные показатели и характеристики электрической машины, на которые она рассчитана, называются номинальными и указываются на паспортной табличке, прикрепленной к корпусу машины.

4) Принцип действия трансформатора.

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции пропорциональную первой производной магнитного потока. Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик, и определяется в основном её индуктивным сопротивлением. Напряжение индукции на вторичных обмотках в режиме холостого хода определяется отношением числа витков соответствующей обмотки w₂ к числу витков первичной обмотки w₁:

U₂=U₁w₂/w₁.

При подключении вторичной обмотки к нагрузке, по ней начинает течь ток. Этот ток также создаёт магнитный поток в магнитопроводе, причем он направлен противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате, в первичной обмотке нарушается компенсация ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке, до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения. В этом режиме отношение токов первичной и вторичной обмотки равно обратному отношению числа витков обмоток

I₁=I₂w₂/w₁,

отношение напряжений в первом приближении также остаётся прежним. В результате, мощность, потребляемая от источника в цепи первичной обмотки практически полностью передаётся во вторичную.

5) Конструкция трансформатора.

Современный мощный трансформатор представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа различных конструктивных элементов, каждый из которых в той или иной мере оказывает влияние на его работу.

Основными элементами трансформатора являются магнитопровод и обмотки.

Магнитопровод представляет собой магнитную цепь трансформатора, по которой замыкается магнитный поток, а обмотки это электрические цепи, по которым протекает электрический ток.

Магнитопровод вместе с насаженными обмотками представляет собой активную часть трансформатора. Остальные элементы являются его вспомогательными, неактивными частями. Соединение различных частей обмоток между собой, с выводами и переключателями ответвлений производится с помощью отводов.

Элементы конструкции трансформатора, по которым протекает электрический ток (обмотки, отводы и др.) и которые соединены между собой по определенной схеме,  образуют электрическую цепь, изолированную относительно заземленных частей конструкции трансформатора. Изоляционные детали выполняются из различных твердых электроизоляционных материалов электроизоляционного картона, бумаги, дерева, гетинакса и т.п. Масляные трансформаторы заливают трансформаторным маслом.

При эксплуатации трансформаторов возникает необходимость изменения их коэффициента трансформации (или регулирования напряжения). Регулирование напряжения у одних трансформаторов выполняют с отключением от сети, а у других трансформаторов оно производится под нагрузкой (РПН). Для обеспечения РПН используется специальная аппаратура, состоящая из избирателя, предизбирателя, контактора с токоограничивающим сопротивлением (или реактором в старых трансформаторах) и приводного механизма, представляющих собой самостоятельные конструктивные элементы, устанавливаемые снаружи на бак или внутри бака на активной части.

Для присоединения обмоток трансформатора к сети служат вводы, состоящие из токоведущей части (стержня или трубы), фарфоровой покрышки и опорного фланца. Вводы устанавливают на крышке или стенке бака, при этом их нижняя часть находится в масле внутри бака, а верхняя вне бака, в воздухе. Маслонаполненные вводы имеют собственный, автономный объем масла.

Активная часть трансформатора помещается в бак, служащий резервуаром для масла. Бак может иметь нижний или верхний разъем в зависимости от габарита трансформатора. Основные части бака: у одних трансформаторов стенки, дно и крышка, а у других, с массой активной части более 25 т, поддон и съемная часть (колокол). Колокол используют для установки вводов, выхлопной трубы (или предохранительных клапанов), крепления расширителя, приставных устройств РПН и установки контрольноизмерительных устройств, охладителей навесной системы охлаждения и других деталей.

На стенке бака (колокола) обычно у трансформаторов укрепляют охладительные устройства радиаторы или охладители (навесной системы охлаждения типа ДЦ).

В зависимости от габарита к дну бака (поддону) крепятся  тележка или каретки, позволяющие перевозить трансформаторы по рельсовым путям с небольшой скоростью в пределах подстанции (электростанций).