Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Курс лекция по

«Электрическим машинам»

по специальности «Электроснабжение» (сокращенная форма обучения)

Содержание

1. Трансформатор. Назначение и область применения трансформаторов 3

1.1. Принцип действия трансформатора 3

1.2. Устройство трансформатора 5

1.3. Ток холостого хода трансформатора. Опыт холостого хода 5

1.4. Напряжение короткого замыкания. Опыт короткого замыкания 7

1.5. Эквивалентная схема замещения трансформатора 8

1.6. Изменение вторичного напряжения и внешняя характеристика трансформатора 9

1.7. КПД трансформатора 11

2. Общие сведения об электрических машинах 13

3. Машины постоянного тока 14

3.1. Принцип действия генератора постоянного тока 14

3.2. Принцип действия двигателя постоянного тока 15

3.3. Устройство машин постоянного тока 16

3.4. Ток. Частота вращения. Саморегулирование двигателей постоянного тока. 16

3.5. Способы возбуждения двигателя постоянного тока 18

3.6. Механические характеристики двигателей постоянного тока 19

3.7. Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока 22

3.8. КПД двигателя постоянного тока 22

4. Вращающееся магнитное поле 23

5. Асинхронные электродвигатели 25

5.1. Принцип действия и устройство асинхронного двигателя 25

5.2. Электромагнитный момент асинхронного двигателя 26

5.3. Механическая характеристика асинхронного электродвигателя 28

5.4. Влияние напряжения питания и активного сопротивления ротора на механическую характеристику 30

5.5. Коэффициент полезного действия 31

5.6. Коэффициент мощности 31

6. Синхронный двигатель 33

6.1. Принцип действия и устройство синхронного двигателя 33

6.2. Пуск синхронного двигателя 35

1.Трансформатор. Назначение и область применения трансформаторов

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, которое служит для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения той же частоты. Это аппарат переменного тока.

Основное место применения трансформатора – это распределение электроэнергии (силовой трансформатор).

1.1.Принцип действия трансформатора

Принцип действия основан на явлении взаимоиндукции. Явление взаимоиндукции заключается в наведении ЭДС индукции в данном контуре при изменении тока в другом контуре.

Переменный ток, протекающий по первому контуру, создает переменное магнитное поле с магнитным потоком Ф₁, этот магнитный лоток можно разложить на следующие составляющие:

.

Поток Ф пронизывает как первый контур, так и второй, т.е. является общим для обоих контуров, этот поток называется основным магнитным потоком или потоком взаимоиндукции.

Поток Ф (переменный) наводит ЭДС индукции как в первом, так и во втором контуре. e₁ – ЭДС самоиндукции первого контура, e₂ – ЭДС взаимоиндукции второго контура.

;

.

Часть потока Ф не попадает во второй контур, а связана только с первым контуром. Магнитный поток замыкающийся вокруг только одного контура называется магнитным потоком рассеяния и ЭДС индукции которую он наводит называется ЭДС рассеяния.

Если второй контур замкнут, то под действием ЭДС e₂ в нем будет протекать ток i₂ и в сопротивлении z_н будет выделяться мощность. Эта мощность передана из первого контура электромагнитным путем.

Ток i₂ будет учувствовать в создании магнитного потока Ф и создаст свой поток рассеяния связанный только со вторым контуром.

С ростом тока нагрузки возрастает ток вторичной обмотки, что приводит к возрастанию тока первичной обмотки, что в свою очередь приводит к возрастанию Ф₁ и Ф₂, однако, результирующий магнитный поток Ф останется постоянным и зависящим только от приложенного напряжения. Это происходит потому, что при появлении вторичного магнитного потока при подключении нагрузки суммарный магнитный поток должен уменьшиться, что привело бы к уменьшению E₁, которое уравновешивается приложенным напряжением U₁. Следовательно, для достижения E₁ прежнего значения, из-за тою. что U₁ неизменно, ток I₁ в первичной обмотке возрастает. Это свойство трансформатора называется способностью саморегулирования.

Роль контуров в трансформаторе играют катушки с определенным числом витков W₁ и W₂. Катушки располагаются на магнитопроводе, улучшающем магнитную связь между катушками, выполненном из листов электротехнической стали (ферромагнитного материала).

Когда катушки расположены на магнитопроводе основной магнитный поток замыкается по магнитопроводу и магнитное сопротивление для него небольшое. Поток рассеяния замыкается в основном по воздуху и магнитное сопротивление для него большое. Ф >> Фр.

Приложим к первичной катушке напряжение . По первичной катушке начинает протекать синусоидальный ток. Этот ток создаст магнитный поток изменяющийся по синусоидальному закону. Этот магнитный поток наведет ЭДС индукции в первичной и вторичной катушках. Действующее значение этих ЭДС E₁ и E₂. Магнитные потоки первичной и вторичной катушек можно считать одинаковыми.

;

.

Отношение ЭДС первичной катушки к ЭДС индукции вторичной катушки называется коэффициентом трансформации трансформатора:

.

В трансформаторе происходит обратная трансформация токов, т.е. больший ток протекает в цепи с меньшим напряжением и наоборот. Обмотки выполнены из провода разного сечения. Катушки с более высоким напряжением и меньшим током выполнены из провода меньшего сечения.

Наряду с изменением тока и напряжения, трансформатор изменяет сопротивление. Предположим, во вторичной цепи включено сопротивление z₂, тогда по отношению к первичной цепи это сопротивление будет иметь величину . Этим часто пользуются в электронных устройствах для согласования сопротивлений.