Электрические машины конспект лекций

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский государственный технический университет»

Н. В. Шулаков

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Конспект лекций

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

Издательство Пермского государственного технического университета

2008

ÓÄÊ 621.313 (07) 0-75 Ø95

Рецензенты:

ä-ð òåõí. íàóê, ïðîô. Ф. Н. Сарапулов (Уральский государственный технический университет);

ä-ð òåõí. íàóê, ïðîô. Е. Ф. Беляев (Пермский государственный технический университет)

Шулаков, Н. В.

Ш95 Электрические машины: конспект лекций / Н. В. Шулаков.— Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008.— 325 с.

ISBN 978-5-88151-985-8

Изложены основные вопросы теории и даны сведения о принципе действия, конструктивном исполнении и особенностях работы электриче- ских машин и трансформаторов, применяемых в различных отраслях техники.

Предназначено для студентов очного и заочного обучения специальностей «Электромеханика» и «Автоматизированный электропривод и электротехнические комплексы».

ÓÄÊ 621.313 (07) 0-75

СОДЕРЖАНИЕ

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие написано по материалам лекций, читаемых автором в ПГТУ студентам специальностей «Электромеханика» и «Горная электромеханика», и соответствует программе общего курса электрических машин. Порядок изложения материала подобен порядку, принятому в большинстве учебников по электрическим машинам для студентов электромеханических специальностей. Рассмотрены основные вопросы общей теории, описание конструкций и анализ эксплуатационных свойств трансформаторов, асинхронных машин, синхронных машин и машин постоянного тока.

При изложении материала пособия основной упор сделан на раскрытие физической сущности явлений и процессов, определяющих работу трансформаторов и электрических машин.

Для самопроверки в пособии даны вопросы с несколькими вариантами ответа, из которых один правильный. Студент, выбрав ответ, должен сверить его с «Ответами на вопросы для самопроверки», помещенными в конце каждого раздела. Если ответ неверен, необходимо вновь повторить и продумать пройденный раздел, а не искать правильный ответ в «Пояснениях к вопросам». В тех случаях, когда ответы на вопрос не даны, студент должен свой ответ сверить с ответом в пояснениях, где он найдет обоснование правильных ответов на те вопросы, к которым дано несколько ответов.

5

ВВЕДЕНИЕ

Электрические машины в современной технике являются основными источниками и потребителями электроэнергии. Другими словами, почти вся электроэнергия, вырабатываемая на Земле, генерируется электрическими машинами — синхронными генераторами, и львиная е¸ доля потребляется электрическими двигателями с целью преобразования ее в механическую энергию.

Электрические машины — часть области науки и техники, называемой электромеханикой. Е¸ теоретической базой является общая теория электромеханического преобразования энергии. Электрические машины являются по существу и часто называются электромеханическими преобразователями энергии.

Электромеханика включает и изучает следующие разделы:

•электрические машины;

•электрические аппараты;

•электрический привод.

Причем электрические машины и аппараты являются составными элементами, без которых не могут быть созданы электропривод и системы автоматического регулирования, без них невозможны автоматика и телемеханика1. Это еще раз подчеркивает роль электрических машин в технике и важность данного курса.

Электрические аппараты составляют предмет отдельного курса.

В данном курсе электрических машин рассматриваются конструкции и вопросы теории трансформаторов: преобразователей напряжения, электродвигателей – преобразователей элек-

1Телемеханика (от греч. tele — вдаль, далеко) — область техники, занимающаяся дистанционным управлением, регулированием на расстоянии.

6

трической энергии в механическую, электрических генераторов

– преобразователей механической энергии в электрическую, вращающихся преобразователей электроэнергии с одними параметрами (род тока, напряжение, частота и др.) в электроэнергию с другими параметрами.

Следует отметить, что трансформатор не является электри- ческой машиной, в нем не осуществляется электромеханическое преобразование энергии. Трансформатор – это статический электромагнитный аппарат для преобразования величины напряжения переменного тока («статический» означает без механического движения).

Однако мы начинаем изучение электрических машин именно с трансформатора, потому что происходящие в нем физиче- ские процессы имеют много общего с процессами во вращающихся машинах. Их объединяет то, что принцип работы и трансформатора, и электрической машины основан на явлении электромагнитной индукции. На базе теории трансформатора в дальнейшем удобно, наглядно излагается теория электриче- ских машин переменного тока.

Курс содержит следующие разделы:

1.Трансформаторы.

2.Асинхронные машины.

3.Синхронные машины.

4.Машины постоянного тока.

5.Нагревание и режимы нагрузки в электрических машинах. Трансформаторы широко применяют для преобразования

напряжения: в системах передачи и распределения электриче- ской энергии (силовые трансформаторы), выпрямительных установках, устройствах связи, автоматики и вычислительной техники, а также при электрических измерениях (измерительные трансформаторы) и функциональных преобразованиях (поворотные трансформаторы).

Асинхронные машины используют, главным образом, в качестве электрических двигателей трехфазного тока. Простота устройства и высокая надежность позволяют применять их в различных отраслях техники для привода станков, грузоподъемных и землеройных машин, компрессоров, вентиляторов

7