Здесь немало опечаток и грамматических ошибок. Где-то просто указано, что "здесь опечатка". В целом, некоторые вопросы расписаны вообще шикарно, а за ответами на некоторые придётся лезть в учебник. Потому что мы расписывали файл всем потоком для себя и каждый к этому делу подошёл с разной степенью ответственности. Но в целом, когда я готовился к экзамену по машинам, то процентов 90% нужной информации тут есть. Удачи на экзаменах!

Оглавление

Машины постоянного тока (МПТ) 6

1. Устройство машины постоянного тока. Принцип действия. 6

2. Режим генератора и двигателя МПТ. Уравнения напряжений. Принцип обратимости. 8

3. Расчёт магнитной цепи МПТ. Магнитное поле и магнитодвижущая сила воздушного зазора. 11

4. Магнитное поле МПТ при нагрузке. Влияние реакции якоря на магнитный поток 17

Влияние реакции якоря на магнитный поток машины. 21

5. Э.Д.С. якоря МПТ. Электромагнитный момент и электромагнитная мощность. 24

6. Коммутация МПТ. Уравнение коммутации. Замедленная и ускоренная коммутация. 26

7. Генераторы постоянного тока (ГПТ), виды генераторов 30

8. Характеристика холостого хода ГПТ. Характеристика короткого замыкания ГПТ 32

9. Самовозбуждение генераторов параллельного возбуждения 34

10. Нагрузочные, внешние и регулировочные характеристики ГПТ 36

11. Двигатели постоянного тока (ДПТ), энергетическая диаграмма 39

12. Уравнение вращающих моментов, напряжения, тока, скоростной и механической характеристики. 41

13. Пуск в ход ДПТ. Реостатный пуск, пуск от пониженного напряжения. 43

14. Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения. Условия устойчивой работы ДПТ 46

15. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения. 50

16. Регулирование скорости двигателя параллельного возбуждения изменением потока, введением сопротивления в цепь якоря, изменением напряжения цепи. 51

17. Регулирование скорости двигателя последовательного возбуждения изменением потока, введением сопротивления в цепь якоря, изменением напряжения цепи. Двигатели смешанного возбуждения 54

Трансформаторы 57

1. Типы трансформаторов и элементы их конструкции. Принцип действия трансформатора. 57

2. Электрические соотношения в идеальном трансформаторе. 62

3. Намагничивание сердечника однофазного трансформатора. Особенности намагничивания трёхфазного трансформатора 64

4. Уравнения намагничивающих сил и напряжения трансформатора. 68

5. Уравнения приведённого трансформатора и схема замещения. 71

6. Режим и опыт холостого хода трансформатора. Векторная диаграмма. 73

7. Режим и опыт короткого замыкания трансформатора. Напряжение короткого замыкания. 77

8. Работа трансформатора под нагрузкой, векторные диаграммы. 82

9. Изменение вторичного напряжения трансформатора под нагрузкой. 85

10. Потери и коэффициент полезного действия трансформатора. 88

11. Параллельная работа трансформаторов. Группы соединений обмоток. Наилучшие условия параллельной работы трансформаторов. 90

12. Параллельная работа трансформаторов с различными напряжениями короткого замыкания. 94

13. Параллельная работа трансформаторов с неодинаковыми коэффициентами трансформации. 97

14. Параллельное включение трансформаторов разных групп. 100

15. Несимметричные режимы работы трансформаторов 101

Общие вопросы машин переменного тока 109

1. Вращающееся магнитное поле 111

2. Электродвижущие силы обмоток переменного тока 114

3. ЭДС от высших гармоник магнитного поля. Улучшение формы кривой ЭДС. 121

Асинхронные машины (АМ) 126

1. Устройство и принцип действия асинхронных машин. 126

2. АМ при неподвижном роторе. Приведение обмотки ротора к обмотке статора. 131

3. Приведение рабочего процесса АМ при вращающемся роторе к рабочему процессу при неподвижном роторе. 134

4. Уравнения напряжений АМ. Схема замещения АМ. 136

5. Режимы работы АМ. Двигательный режим. Генераторный режим. Режим противовключения. Векторные диаграммы. 142

6. Энергетические диаграммы АМ. 147

7. Электромагнитный момент АМ. Максимальный и пусковой электромагнитные моменты. Формула Клосса. 150

8. Механическая характеристика асинхронного двигателя (АД) . Условие устойчивой работы АД. 156

9. Режим холостого хода и короткого замыкания АД 159

10. Способы пуска АД. Прямой пуск. Реакторный пуск. Автотрансформаторный пуск. Пуск переключением «звезда - треугольник». 164

11. Пуск АД с фазным ротором. Пуск с помощью пускового реостата. 169

12. Регулирование частоты вращения короткозамкнутого АД. Регулирование скорости изменением первичной частоты. 171

13. Регулирование скорости изменением числа пар полюсов. 174

14. Регулирование скорости уменьшением величины первичного напряжения. 177

15. Регулирование частоты вращения АД с фазным ротором. Регулирование с помощью реостата в цепи ротора. Регулирование посредством введения добавочной ЭДС во вторичную цепь ротора. 178

16. Асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками. Глубокопазные двигатели. 181

17. Двухклеточные двигатели. 185

18. Асинхронные машины с неподвижным ротором. 188

19. Работа асинхронных машин в однофазном режиме. 191

Синхронные машины (СМ) 195

1. Устройство и принцип действия синхронных машин. 195

2. Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения. Явнополюсные и неявнополюсные СМ. 198

3. Магнитное поле и параметры обмотки якоря. Продольная и поперечная реакция якоря. 204

4. ЭДС и индуктивные сопротивления продольной и поперечной реакции якоря. Синхронные индуктивные сопротивления. 207

5. Синхронные генераторы (СГ). Уравнения напряжений. Основные виды векторных диаграмм СГ для явнополюсных и неявнополюсных машин. 211

6. Характеристики СГ. Характеристика холостого хода и короткого замыкания. Опытное определение Xd. Отношение короткого замыкания. 214

7. Внешняя, регулировочная и нагрузочная характеристики СГ. Треугольник Потье. 218

8. Векторные диаграммы СГ при насыщенном магнитопроводе. Диаграмма Потье. 222

9. Включение СГ на параллельную работу. Синхронизация генераторов. 224

10. Изменение реактивной мощности. Режим синхронного компенсатора. 230

11. Изменение активной мощности. Режим генератора и двигателя. 232

12. Угловые характеристики мощности СМ. Понятие о статической устойчивости. 236

13. Синхронизирующая мощность, синхронизирующий момент и статическая перегружаемость СМ. 243

14. Работа СМ при постоянной мощности и переменном возбуждении. U –образные характеристики СМ. 245

15. Синхронные двигатели (СД). Способы пуска СД. 248

16. Векторные диаграммы СД. 250

17. Синхронные компенсаторы. 252

18. Асинхронный режим работы синхронной машины 254

19. Работа СМ при несимметричных режимах 258

Машины постоянного тока (мпт)

1. Устройство машины постоянного тока. Принцип действия.

Индуктор создаёт в машине основной магнитный поток полюсов в воздушном зазоре.

В ращающаяся часть (якорь) состоит из сердечника, набранного из изолированных листов электротехнической стали, и обмотки, укреплённой на сердечнике якоря.

Основной магнитный поток возбуждается постоянным током обмотки возбуждения.

Обмотка соединяется с медными полукольцами коллектора, изолированными друг от друга и от вала, которые соприкасаются с неподвижными токосъёмными щётками, образуя скользящий электрический контакт.

Щёточный аппарат: щётки, щёткодержатели, щёточные кольца, токособирающая шина, щёточная траверса.

Принцип действия, по факту, в следующем вопросе про режим генератора и двигателя.

2. Режим генератора и двигателя мпт. Уравнения напряжений. Принцип обратимости.

Генератор

Якорь, под действием стороннего двигателя, приводится во вращение с угловой частотой Ω и в направлении, показанном на рис. Если обмотку якоря замкнуть на внешнюю цепь, в этой цепи возникнет ток I_a, посредством которого в сеть будет генерироваться эл. энергия. В обмотке якоря этот ток будет переменным. Проводники обмотки якоря с током I_a находятся в магнитном поле возбуждения с текущим значением индукции, следовательно, на них (проводники) будут действовать силы F_пр. Эти силы создают электромагнитный (ЭМ) момент.

n – частота вращения [об/мин]

– ЭДС вращения якоря

– ЭДС в одном активном проводнике (закон ЭМ индукции)

– скорость вращения проводника

D_a – диаметр якоря

В – индукция

– длина проводника

– создает ЭМ момент (тормозящий)

К оллектор – механический выпрямитель.

М_в – момент внешних сил

М_эм – ЭМ момент

М_тр – момент трения

М_с – момент от потерь в сердечнике

, – сопротивление обмотки якоря –уравнение напряжения для генератора

f=p*n (частота вырабатываемого тока [до прохождения через коллектор] равна произведению числу пар полюсов на число оборотов вала в секунду)

З ависимости ЭДС, тока и напряжения якоря от времени. Сверху форма ЭДС и тока до коллектора, снизу форма напряжения и тока после коллектора. Поэтому коллектор механический выпрямитель.

Двигатель

Подведём к зажимам якоря постоянный ток от внешнего эл. источника. Этот ток взаимодействует с магнитным полем индуктора. В результате на проводники обмотки якоря будут действовать ЭМ силы F_пр и возникнет ЭМ момент. При достаточной величине М_эм якорь машины придёт во вращение и будет вырабатываться мех. энергия.

– вращающий момент

К оллектор – механический инвертор (пост. ток от внеш. ист. в переменный в обмотке якоря).

Е_а – противоЭДС, т.к. направлена противоположно I_a.

Те же формулы для F_пр и Е_а.

– уравнение напряжения для двигателя

- ЭМ мощность, – угловая частота

P_a–электрическая мощность обмотки.

Э то выражение ( ) определяет ЭМ мощность как генератора, так и двигателя, поэтому это математическая формулировка принципа обратимости (любая машина может быть как генератором, так и двигателем).

Есть ещё вот такие уравнения, фиг знает, нужно или нет

3. Расчёт магнитной цепи мпт. Магнитное поле и магнитодвижущая сила воздушного зазора.

Расчёт магнитной цепи.

Д опускаем, что магнитное поле возбуждения является плоскопараллельным, то есть изменяющимся только в плоскости поперечного сечения магнитопровода.

– воздушный зазор

h_z – высота зубца

h_m – высота полюса

L_a – длина магнитной линии в спинке якоря

L_я – длина магнитной линии в ярме

– поток в зазоре на 1 полюс

– кривая намагничивания

– магнитную цепь рассчитывают на основе закона полного тока для средней магнитной линии

H – напряжённость магнитного поля; – элемент длины магнитной линии; – полный ток, охватываемый магнитной линией

Заменяем интеграл суммой, предполагая, что на протяжении всего участка Н постоянна (везде 2, потому что 2 полюса).

– число витков в обмотке возбуждения на полюсе; – ток возбуждения

– полная МДС на 1 полюс

– МДС возд. зазора; – МДС зубцов; – МДС якоря; – МДС полюса; – МДС ярма

Обратная задача расчёта магнитной цепи.

Зададимся

; – площадь i-ого участка

П оток в ярме и полюсе другой, т.к. присутствует поток рассеяния

– коэффициент рассеяния

(большие значения – машины с доп. полюсами)

Д алее, исходя из E_a (U_a), определяем на всех участках магнитной линии Ф и В, потом строим кривую намагничивания и по ней находим значения H на каждом участке и по итогу вычисляем полную МДС:

1. 

М агнитная характеристика машины.

Начальная прямолинейная часть соответствует ненасыщенному состоянию магнитной цепи, поэтому касательная к начальной части кривой представляет собой зависимость для ненасыщенной магнитной цепи.

Степень насыщения магнитной цепи характеризуется коэффициентом насыщения , который можно также определить по магнитной характеристике:

– недоиспользованная машина (слишком тяжёлая)

– большой ток возбуждения

Рабочая точка лежит немного выше «колена» магнитной характеристики и при номинальном магнитном потоке , иногда 

При проектировании машины сечения участков магнитной цепи обычно выбираются таким образом, чтобы ; ; ; ; , (в зависимости от литья ярма).

Магнитное поле и МДС воздушного зазора.

Пусть якорь не имеет пазов (гладкий)

На рисунке показано распределение b_δ магнитной индукции в воздушном зазоре.

F_δ =(60÷80) % F_b

Воздушный зазор в машине представляет собой основное магнитное сопротивление цепи.

– расстояние между осями соседних полюсов / соседними нейтралями, измеренное по поверхности якоря

2p – число полюсов индуктора

b_δ – расчётная полюсная дуга, отличается от реальной полюсной дуги b_н на некоторое значение, зависящее от формы полюсного наконечника. Если δ=const, то b_δ = b_н + 2δ.

Индукция, которая проходит напрямую (стрелки вниз) от полюса к якорю, называется радиальной индукцией. Индукция, которая проходит от края полюса к якорю по дуге – тангенциальная.

- диаметр сердечника якоря

Однако тут не учитывается реальная картина воздушного зазора, поэтому:

При наличии радиальных вентиляционных каналов кривая поля вдоль зазора в осевом направлении также приобретает зубчатый характер. Индукция по длине не одинакова – появляется K_δ1.

На полюсе пазы для компенсационной обмотки, значит сущ-ет K_δ3 в пазах якоря. Так же обмотка закрепляются с помощью бандажей (бандажные канавки в якоре), это K_δ4.

- суммарный коэффициент воздушного зазора.