Лекция №1

Ведение

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической и электрической энергии.

Принцип действия электромагнитных устройств и электрических машин основан на явлении электромагнитной индукции. Явление электромагнитной индукции возникает при изменении магнитного потока, связанного с обмотками машины. Это изменение может происходить или при перемещении обмоток в магнитном поле, или вследствие изменения во времени величины связанного с ними потока, или обоими этими способами.

Электрические машины подразделяются на генераторы и двигатели.

По роду тока электрические машины и электромагнитные устройства разделяются на машины и устройства постоянного и переменного тока.

Машины постоянного тока используются как генераторы и двигатели, электромашинные усилители и преобразователи напряжения постоянного тока. Двигатели постоянного тока обычно предназначаются для электроприводов, требующих широкого диапазона регулирования скорости вращения. Двигатели малой мощности часто применяются в системах автоматического регулирования в качестве исполнительных двигателей.

К машинам переменного тока относятся синхронные и асинхронные машины, трансформаторы и преобразователи переменного тока.

Синхронные машины используются как генераторы переменного тока, синхронные двигатели разных мощностей и компенсаторы реактивной мощности. Большое распространение получили синхронные двигатели малых мощностей в системах автоматического регулирования, требующих постоянной скорости вращения.

Асинхронные машины используются преимущественно как двигатели. Они просты в изготовлении, относительно дешевы и надежны в эксплуатации. Поэтому асинхронные двигатели по сравнению с двигателями других типов, получили наибольшее распространение. В электроприводах средней и большой мощности применяются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, у которых скорость вращения практически не изменяется. У двигателей с фазным ротором можно плавно регулировать скорость вращения. В бытовой технике и в схемах автоматики используются асинхронные исполнительные двигатели, имеющие двухфазную обмотку на статоре и запитываемые от однофазной сети.

Трансформаторы – однофазные и трехфазные, применяют для преобразования величины входного переменного напряжения в зависимости от коэффициента трансформации.

Электрические машины мощностью до 600 Вт составляют класс микромашин. Микромашины имеют скорость вращения от одного оборота в час до 30000 об/мин и более и широко применяются в бытовой технике и в системах автоматического регулирования. Основная группа микромашин – это двигатели для бытовой техники и исполнительные двигатели автоматических устройств. Вторая группа микромашин, используемая в основном в системах автоматики, это информационные электрические машины. Если исполнительные двигатели преобразуют электрический сигнал в заданное механическое вращение или поворот вала, то информационные микромашины преобразуют скорость механического вращения в электрический сигнал (тахогенераторы), механический угол поворота в электрический сигнал (поворотные трансформаторы), а также служат для одновременного поворота или вращения двух или нескольких механически не связанных между собой осей (сельсины).

Электромагнитные устройства – это исполнительные и командные релейные устройства, используемые в качестве исполнительных устройств в аппаратуре управления и аварийной защиты электротехнических устройств. К электромагнитным устройствам относятся контакторы постоянного и переменного тока, бесконтактные реле, магнитные пускатели, автоматические выключатели, температурные реле и реле времени.

Электромагнитные устройства, электрические машины, информационные микромашины являются основными элементами современных устройств бытовой техники, промышленных силовых и информационных электротехнических изделий.

Рассмотрим классификацию электрических машин по принципу действия.

Все электрические машины разделяются на бесколлекторные и коллекторные, различающиеся как принципом действия, так и конструкцией.

Бесколлекторные машины — это машины переменного тока.

Они разделяются на асинхронные и синхронные.

Асинхронные машины применяются преимущественно в качестве двигателей,

Синхронные — как в качестве двигателей, так и в качестве генераторов.

Коллекторные машины применяются главным образом для работы на постоянном токе в качестве генераторов или двигателей. Лишь коллекторные машины небольшой мощности делают универсальными двигателями, способными работать как от сети постоянного, так и от сети переменного тока.

МДК.01.01 «Электрические машины» помимо собственно электрических машин предусматривает изучение трансформаторов.

Трансформаторами называются статическими преобразователями электроэнергии переменного тока. Отсутствие каких-либо вращающихся частей придает трансформаторам конструкцию, принципиально отличающую их от электрических машин. Однако принцип действия трансформаторов, так же как и принцип действия электрических машин, основан на явлении электромагнитной индукции, и поэтому многие положения теории трансформаторов составляют основу теории электрических машин переменного тока.

Основные понятия и определения

Любые материальные тела состоят из мельчайших элементарных частиц, которые могут иметь положительный или отрицательный заряд. Например, ядро атомов имеет положительный заряд, электроны имеют отрицательный заряд.

Заряды взаимодействуют друг с другом. Одноимённые заряды отталкиваются , а разноимённые - притягиваются. Взаимодействие зарядов происходит за счёт электрического поля, которое окружает эти заряды.

 

Электрическое поле — это особый вид материи, которая существует вокруг электрически заряженных элементарных частиц (электроны и протоны). Через электрические поля передаётся воздействие одного электрического заряда (неподвижного) на иной неподвижный электрический заряд. Данное взаимодействие происходит в соответствии с известными законами Кулона.

 

Рис 1. Электрическое поле изображается графически при помощи электрических силовых линий.

К свойствам электрического поля можно отнести:

• невидимость (их определение происходит через поведение пробного электрического заряда)

• электрические поля взаимодействуют только лишь с электрическими полями

• оно имеет векторное направление

• может притягивать либо отталкивать

• существует всегда вокруг заряженных частиц (в отличие от магнитного поля)

• обладает свойством концентрации и неоднородности (имеется в виду НАПРЯЖЕННОСТЬ)

 

Выделяют следующие характеристики электрического поля:   1. Напряжённость электрического поля - это силовая характеристика – электрического поля – (это сила, которая действует на единицу заряда, помещённого в данное электрическое поле:

E = F/q). (1)

Единица измерения [В/м].    За направление напряжённости принимают направление силы, действующей на положительный заряд.   Величина напряжённости электрического поля графически изображается в виде силовых линий – тех линий, направление касательных к которым в любой точке совпадают с направлением напряжённости электрического поля. Чем больше линий – тем больше напряжённость.

Электрическое поле определяется при помощи пробного точечного заряда. Если электрический заряд (пробный заряд) обладает электрическим полем внести в интересующую нас точку пространства, можно выяснить — если в данном месте электрическое поле. Если начнёт действовать электрическая сила, то значит, в этой точки поле есть. Интенсивность данного электрического поля будет характеризовать напряженность поля.

 

Силы, которые действуют на один и тот же точечный электрический заряд будут отличатся по направлению и величине в различных точках электрического поля. Поэтому и было целесообразно ввести силовую характеристику любой точки данного поля, созданного зарядом. К сожалению, сила «F» (Кулона) подобной характеристикой послужить не может, поскольку для одной точки поля эта сила будет прямо пропорциональна величине точечного заряда.

 

Напряжённость измеряется силой, с которой электрическое поле действует на единичный положительный заряд, что был внесён в некую точку определяемого поля в пространстве. Напряженность является векторной величиной. Напряжённость электрического поля измеряется в Вольтах делить на метр.

 

(2)

И ещё, что можно сказать о напряжённости — если электрическое поле создаётся одновременно множеством электрических зарядов, то результативная (общая) напряжённость «E» в определённой точке электрического поля находится как геометрическая сумма всех имеющихся напряженностей, созданных в данной точке каждым конкретным электрическим зарядом в отдельности.