Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электромашины. Вопросы и ответы к экзамену. Учебное пособие.pdf
ЭЛЕКТРОМАШИНЫ. ВОПРОСЫ
И ОТВЕТЫ К ЭКЗАМЕНУ
Учебное пособие
Составитель И.А. Носенко
Москва
Ай Пи Ар Медиа
2025
УДК 621.313
ББК 31.26
Э45
Составитель:
Носенко И.А. — канд. техн. наук, доц., доц. кафедры
«Транспортная безопасность и управление дорожной инфраструктурой»
Шахтинского автодорожного института (филиала)
ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова
Рецензенты:
Меньшенин С.Е. — канд. техн. наук, доц. кафедры
«Транспортная безопасность и управление дорожной инфраструктурой»
Шахтинского автодорожного института (филиала)
ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова;
Волков Д.В. — канд. техн. наук, доц. кафедры
«Транспортная безопасность и управление дорожной инфраструктурой»
Шахтинского автодорожного института (филиала)
ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова
Э45 Электромашины. Вопросы и ответы к экзамену : учебное посо-
бие / составитель И.А. Носенко. — Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2025. —
79 с. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-4588-0
Учебное пособие рассматривает основные свойства конструкции и
принципы функционирования электромашин постоянного и переменного тока. Пособие изложено в виде «вопрос — ответ», причем ответы
представлены в кратком и лаконичном виде, что, несомненно, может
быть полезным при подготовке студентов к итоговым аттестациям и экзаменационным работам по курсам соответствующих дисциплин.
Подготовлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования.
Предназначено для студентов, обучающихся по укрупненной группе направлений подготовки высшего образования «Электро- и теплоэнергетика», изучающих дисциплину «Электромашины».
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4497-4588-0 © Носенко И.А., составление, 2025
© ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2025
2
Учебное издание
Издано в авторской редакции
Редактор А.В. Неверова
Технический редактор, компьютерная верстка Е.А. Шугар
Обложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова, фотобанк Freepik
Подписано к использованию 26.08.2025. Объем данных 7 Мб.
ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»
8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)
E-mail: sales@iprmedia.ru
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ....................................................................................................................... 5
1. Основы теории машин постоянного тока ............................................................. 6
2. Исполнительные двигатели постоянного тока ................................................... 23
3. Основы теории машин переменного тока ........................................................... 56
4. Синхронные машины ............................................................................................ 73
5. Асинхронные машины .......................................................................................... 75
Библиографический список ...................................................................................... 79
4
ВВЕДЕНИЕ
Электромашины, а в частотности двигатели и генераторы постоянного и
переменного тока, трансформаторы, а также ряд других механизмов, используемых особенности электромагнитных полей используются практически во всех
отраслях промышленности. Современные способы управления, в которых применяется микропроцессорное управление, позволило значительно повысить их
эффективность. Однако для грамотного конструирования и разработки систем
управления и ряда технологических процессов, в основе которых находятся
электромашины, необходимо знать особенности их конструкции и особенностей функционирования.
Данное учебное пособие позволит в формате «вопрос-ответ» закрепить
подобного рода основы электромашин разного типа. Студент закрепит и сможет дать базовые ответы по вопросам теории магнитных и электромагнитных
полей, конструкций электрических машин, физики работы машин постоянного
тока, асинхронных и синхронных машин, трансформаторов. расчета мощности,
момента, КПД электрических машин их статических и динамических характеристик. Позволит закрепить умения и владения в области характеристик, параметров и условий работы электрических машин и трансформаторов, а так владения методами расчета и выбора электрических машин, выбора типа и мощности трансформаторов и двигателей в различных технологических процессах.
Учебное пособие составлено на основе материалов изданий И. Алиева,
Ю.Ф. Антонова, Я.Б. Данилевича, В.С. Баклина, В.Я. Беспалова, Н.Ф. Котеленеца, И.Б. Битюцкого, И.В. Музылева, В.Н. Ванурина, А. Вольдека.
5
1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА1
p
Вопрос: Назовите основные режимы работы машины постоянного
тока (МПТ).
Ответ: Основные режимы работы машин постоянного тока — это режим
генератора и режим двигателя.
Вопрос: Назовите тормозные режимы работы МПТ.
Ответ: Различают три вида (режима) торможения:
1) рекуперативное;
2) торможение противовключением;
3) электродинамическое или реостатное.
Вопрос: Поясните принцип действия МПТ в режиме генератора.
Ответ: Генератор содержит следующие основные элементы: главные по-
люсы и якорь. Главные полюсы создают в генераторе магнитное поле. Количе-
ство полюсов в генераторе всегда четное. Принято обозначать количество пар
полюсов символом
. Таким образом, в генераторе имеется p северных и p
южных полюсов, которые устанавливаются так, что разноименные полюсы че-
редуются между собой.
В магнитное поле генератора помещают якорь, состоящий из сердечника,
обмотки и коллектора. Рассмотрим принцип действия генератора, полагая, что
количество пар полюсов p = 1 (рис. 1.1). Главные полюсы обозначены здесь
символами N (северный полюс) и S (южный полюс). Стрелки под символами N
и S указывают направление линий магнитной индукции (напомним: принято
считать, что линии магнитной индукции выходят из полюса N и входят в по-
люс S). Якорь на рис. 1.1 изображен условно в виде цилиндра, на котором уста-
новлена электропроводящая рамка abcd, отражающая в упрощенном виде об-
мотку якоря. Выводы рамки подключены к двум коллекторным пластинам A и
B, изображенным в виде двух полуколец. Коллекторные пластины A и B сопри-
касаются со щетками «+» и «–», изображенными на рис. 1.1 в виде параллело-
граммов. Якорь вместе с коллекторными пластинами приводится во вращение
внешним приводом, а щетки при этом остаются неподвижными.
Пусть якорь машины приводится во вращение по часовой стрелке. В про-
водниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, положительное направление ко-
1
URL: https://studfile.net/preview/10260308/; https://studopedia.org/9-80692.html; https://infopedia.su/
10x3144.html; https://poisk-ru.ru/s20358t4.html.
6
торой может быть определено по правилу правой руки. Применяя это правило
l
22
ПР
E BlV
a
e
= =
fn=
p
f pn=
можно установить, что в проводнике ab ЭДС направлена от b к a, а в проводни-
ке cd — от d к c. Значение индуктируемой в проводнике обмотки якоря ЭДС
e
= BlV, где В — магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и
ПР
якорем в месте расположения проводника;
— длина проводника, на протяже-
нии которого он расположен в магнитном поле; V — линейная скорость движе-
ния проводника.
Рис. 1.1. Принцип действия генератора
Полная ЭДС e
рассматриваемой машины:
пр
.
Эта ЭДС E
, по отношению к выводам a и d является переменной так как
a
проводники рамки проходят попеременно под северным и южным полюсами, в
результате чего и изменяется направление ЭДС. Частота ƒ ЭДС E
люсной машине равна частоте n вращения якоря:
размерность об/с. Можно показать, что если машина имеет
, если частота n имеет
пар полюсов, то
в двухпо-
a
.
Если щетки подключены к внешней цепи, то в этой цепи и в рамке якоря
возникает ток (рис.1). В рамке этот ток i
направление тока i
остается неизменным в любом положении якоря и коллек-
a
будет переменным, а во внешней цепи
a
тора, как это следует из рисунка, щетка «+» всегда касается коллекторной пла-
стины, имеющей положительную полярность, а щетка «–» — пластины, имею-
щей отрицательную полярность. Таким образом, в генераторе коллектор явля-
7
ется механическим выпрямителем, который преобразует переменный ток ia об-
ЭМ ЭМ
a
aa
M F D BlD I= =
C
M
N
S
E
a, ia
F
эм
F
эм
М
эм
М
с
D
a
мотки якоря в знакопостоянный ток i
тока на зажимах якоря будет меньше E
противлении обмотки якоря r
: Ua = Ea – Iara. Проводники рамки с током ia
a
внешней цепи. Напряжение постоянного
a
на величину падения напряжения в со-
a
находятся в магнитном поле. Поэтому на них действуют электромагнитные си-
лы F
= Blia, направление которых определяется по правилу левой руки. Не-
ЭМ
трудно показать, опираясь на это правило, что эти силы противодействуют
движению проводников (рис. 2) и тормозят, таким образом, вращение якоря.
Силы F
создают электромагнитный момент МЭМ, который равен:
ЭМ
,
где D
— диаметр якоря.
a
Электромагнитный момент противодействует внешнему моменту сопро-
тивления
. Нетрудно показать, что в генераторе механическая энергия
внешнего привода преобразуется в электроэнергию электронагрузки.
Рис. 1.2. Работа простейшей машины постоянного
тока (МПТ) в режиме генератора
Вопрос: Какое назначение имеет коллектор МПТ, работающей в ре-
жиме генератора.
телем, который преобразует переменный ток обмотки якоря в постоянный ток
во внешней цепи [7].
Ответ: В режиме генератора коллектор является механическим выпрями-
8
Вопрос: Как влияет на выходное напряжение МПТ, работающей в
2
a
U BlV≈
ЭМ
F
ЭМ
F
ЭМ
M
режиме генератора, увеличение частоты вращения ротора? Магнитной
индукции в воздушном зазоре? Активной длины проводников обмотки ротора? Ширины воздушного зазора? Почему?
Ответ: Выходное напряжение МПТ
. Поэтому при увеличении
частоты вращения ротора, увеличении индукции в воздушном зазоре, увеличении активной длины проводников обмоток ротора выходное напряжение увеличивается; при увеличении ширины воздушного зазора магнитная индукция в
нем уменьшается и, следовательно, выходное напряжение уменьшается.
Вопрос: Как направлены силовые линии магнитного поля в воздуш-
ном зазоре вблизи полюсов, создающих магнитное поле МПТ?
Ответ: Силовые линии магнитного поля в воздушном зазоре вблизи полюсов, создающих магнитное поле в МПТ направлены по нормали к поверхности полюсов [1].
Вопрос: Поясните принцип действия МПТ в режиме двигателя.
Ответ: Упрощенная конструктивная схема МПТ, работающей в режиме
двигателя, имеет тот же вид, что для МПТ, работающей в режиме генератора
(рис. 1.2). Отличие заключается в том, что к щеткам вместо электрической
нагрузки подключается источник напряжения, а вместо внешнего механического привода, вращающего якорь, подключается механическая нагрузка, которую
требуется привести в движение.
Рассмотрим принцип действия МПТ в режиме двигателя. К щеткам ма-
шины подводится напряжение от источника электроэнергии. Допустим, что к
нижней щетке подключен положительный вывод источника напряжения, а к
верхней — отрицательный. Тогда под действием подведенного напряжения в
рамке возникает ток i
, протекающий в нижнем проводнике cd (рис. 1.1) от d к
a
c, а в верхнем проводнике ab от b к a. В этом случае на поперечном разрезе
двигателя (рис. 1.3) ток в нижнем проводнике будет протекать так, что будет
виден «хвост» стрелки, указывающей направление тока, а в верхнем —
«острие» стрелки. Известно, что на проводник с током в магнитном поле дей-
ствует электромагнитная сила
, направление которой определяется прави-
лом левой руки. Нетрудно показать, применяя это правило, что на верхний про-
водник сила
будет действовать вправо (рис. 1.3), а на нижний — влево.
Указанная пара сил создает электромагнитный момент
9
, приводящий якорь
во вращение по часовой стрелке с угловой скоростью
ω
E
a
a
i
a a aa
U E Ir= +
N
S
F
эм
F
эм
ω
i
a
i
a
М
эм
a b
cd
U
a
I
a
i
a
i
a
E
a
. Рассматриваем про-
цессы далее. Известно, что в проводнике, движущемся в магнитном поле, наво-
дится ЭДС индукции, направление которой определяется по правилу правой
руки. Нетрудно показать, что направление ЭДС индукции
направлена против тока
напряжения U
. Составляя для якорной цепи (рис. 1.4) уравнение по второму
a
и, соответственно, приложенного к зажимам якоря
в двигателе
закону Кирхгофа с учетом направлений всех величин, получим для МПТ, рабо-
тающей в режиме двигателя следующее соотношение:
.
Заметим, что для определения ЭДС E
и электромагнитного момента М
a
ЭМ
используются соотношения, указанные выше при рассмотрении работы МПТ в
режиме генератора [7].
торном режиме, так и в двигательном.
МПТ? Из каких узлов состоит статор МПТ? Ротор МПТ? Якорь МПТ?
тора и вращающейся части — ротора. Статор состоит из станины, главных по-
Рис. 1.3. Работа простейшей машины постоянного тока в режиме двигателя.
Вопрос: Сформулируйте принцип обратимости электрических машин.
Ответ: Каждая машина постоянного тока может работать как в генера-
10
Вопрос: Из каких двух основных конструктивных частей состоит
Ответ: Машина постоянного тока состоит из неподвижной части — ста-