Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические машины и электропривод в электроэнергетике. Учебное пособие.pdf
Э
Ми
н
Ф
«
Т
л
н
в
о
к
А
К
Р
е
н
3
о
о
р
е
а
Е
Ч
Д
У
е
ч
о
ь
н
ш
Ч
И
Л
с
б
я
т
р
б
Б
1
с
о
е
Н
А
Р
с
о
п
д
Т
в
в
Н
О
Н
Н
т
ям
»
и
Т
и
Н
Т
2
Е
истерст
едеральн
о образ
е госуда
вания и
ственное
ауки Ро
бюджетн
сийской
ое образо
Федерац
ательное
и
Ж.
ЛЕК
Тамбовс
А. ЗАР
ЭЛЕ
РОП
Утв
учрежд
ий госуд
НДИЯ,
ТРИ
ИВО
рждено
в кач
ние выс
рственны
. А. ПЕ
ЕСК
В Э
чёным
стве уче
его образ
й технич
АГИН,
Е М
ЕКТ
оветом у
ного по
вания
ский уни
. П. М
ШИ
ОЭ
ниверси
обия
ерситет»
ТОРИ
Ы И
ЕРГЕ
ета
А
ИК
д
я студе
«Э
13.0
тов, обу
лектроэн
.01 «Теп
Учебн
ающихс
ергетика
лоэнерге
е элект
по напр
и электр
ика и те
онное из
авлени
техника
лотехн
ание
13.03.0
,
ка»
Там
ов
Издател
ство ФГ
20
ОУ ВО «
8
ГТУ»
1
УДК 621.31(076)
ББК
Á261.5я73-5+Á291я73-5
З-34
Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «ТГТУ»
Е. И. Глинкин
Ведущий инженер ОТС ЦУС филиала ПАО
«МРСК Центра» – «Тамбовэнерго»
А. А. Иванов
Зарандия, Ж. А.
З-34 Электрические машины и электропривод в электроэнергетике
[Электронный ресурс] : учебное пособие / Ж. А. Зарандия,
Е. А. Печагин, Н. П. Моторина. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВО
«ТГТУ», 2018. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Системные требования : ПК не ниже класса Pentium II ; CD-ROM-дисковод ; 29,6 Mb ;
RAM ; Windows 95/98/XP ; мышь. – Загл. с экрана.
ISBN 978-5-8265-1889-2
асинхронных машинах, машинах постоянного тока, синхронных машинах и
электроприводе. Приведены расчётные формулы, предложены варианты
заданий для практических занятий и самостоятельной работы, тесты для
проверки остаточных знаний студентов.
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 13.03.01 «Теплоэнергетика и
теплотехника», и других технических направлений / специальностей, изучающих раздел «Электрические машины» в рамках ку
Рассмотрены основные теоретические сведения о трансформаторах,
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям
рса «Электротехника».
УДК 621.31(076)
ББК
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
ISBN 978-5-8265-1889-2
© Федеральное государственное бюджетное
Á261.5я73-5+Á291я73-5
образовательное учреждение высшего образования
«Тамбовский государственный технический
университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ»), 2018
2
ВВЕДЕНИЕ
Основной задачей электромашиностроения является практическое применение последних достижений научно-технического
прогресса в области электротехники, интенсивное использование
созданного ранее производственного потенциала, повышение качества выпускаемых электрических машин и трансформаторов, создание новых видов электрических машин, удовлетворяющих современным требованиям. При этом необходимо учитывать возрастающие экологические требования к
источникам эл
ектроэнергии и
наряду с традиционными способами развивать экологически чистые
(альтернативные) способы производства электроэнергии с использованием энергии солнца, ветра, морских приливов, термальных
источников.
3
Данное учебное пособие предназначено для практических занятий и самостоятельной работы студентов направления 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника», изучающих курс «Электрические машины» и «Электропривод», а также может быть полезным студентам неэлектрических специальностей, изучающих
раздел «Электрические машины» в рамках курса «Электротехника». Для более глубокого освоения материала в пособии приведены
основные теоретические положения и формулы дл
я решения задач.
Каждый раздел снабжён контрольными вопросами. Для проверки
остаточных знаний предложены тесты.
4
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ
Электрической машиной называется электромеханическое устройство,
которое осуществляет взаимное преобразование механической и электриче-
ской энергии.
По своему назначению электрические машины можно подразделить на
следующие основные группы:
Выработка электрической энергии на электростанциях производится
электрическими машинами, называемыми генераторами, которые преобра-
зуют механическую энергию в электрическую. Основная часть всей электро-
энергии (до 80 %) вырабатывается на тепловых электростанциях.
Преобразование электрической энергии в механическую осуществляет-
ся электродвигателями. Двигатели пр
именяют для приведения в движение
различных станков, механизмов, электротранспорта. Электродвигатель явля-
ется основным элементом электропривода рабочих машин различных облас-
тей промышленности. В настоящее время широкое распространение получи-
ли многодвигательные электроприводы, когда отдельные звенья рабочей ма-
шины приводятся в движение отдельными двигателями. Это даёт большие
возможности для автоматизации электроприводов различных техн
ологиче-
ских процессов.
Для передачи электрической энергии на дальние расстояния и распре-
деления её между отдельными потребителями служат статические электро-
магнитные устройства, называемые трансформаторами. В процессе переда-
чи и распределения электроэнергии неоднократно повышают и понижают
напряжение. Передача электроэнергии на большие расстояния осуществляет-
ся при вы
соком напряжении 500 кВ и выше, что обеспечивает минимальные
её потери в ЛЭП. Трансформатор не является электрической машиной, так
5
как при его работе нет взаимного преобразования электрической и механиче-
ской энергии, в нём нет никаких вращающихся частей, но электромагнитные
процессы, протекающие в трансформаторах, при работе аналогичны процес-
сам, протекающим в электрических машинах и основанным на явлении элек-
тромагнитной индукции.
Электрические машины являются обратимыми, т.е. они могут работать
и в генераторном, и в двигательном реж
имах. Точно так же в электромашин-
ном преобразователе и трансформаторе направление преобразования элек-
трической энергии может быть изменено на обратное. Однако выпускаемые
электропромышленностью машины обычно предназначаются для предпочти-
тельной работы в каком-то одном режиме. Это позволяет лучше приспосо-
бить машину к требованиям эксплуатации, не делая её чрезмерно тяжёло
й и
дорогой.
Электромашинные преобразователи служат для преобразования по-
стоянного тока в переменный, и наоборот, могут изменять частоту, число фаз
и другие функции. В настоящее время электромашинные преобразователи
используют крайне редко, а уже установленные электромашинные преобра-
зователи активно модернизируются полупроводниковыми (тиристорными и
транзисторными).
Электромашинные компенсаторы осуществляют регулирование коэф-
фициента мощности cosφ, а именно, баланса реактивной мощности в сети.
Электромашинные усилители используют для объектов большой мощ-
ности. Это, своего рода усилители, они усиливают сигналы большой мощно-
сти, при этом управление ведётся сигналами малой мощности. Роль этих
усилителей, как и электромашинных компенсаторов, в современном мире
практически сведена «на нет» из-за применения полупроводниковых усили-
телей (транзисторных и тиристорных).
6
Электромеханические преобразователи сигналов – это, как правило,
электрические микромашины (например, сельсины), которые довольно ши-
роко используют в системах автоматического управления.
Сельсины представляют собой особый вид электрических машин пере-
менного тока мощностью от нескольких ватт до нескольких сот ватт (менее
киловатта). Сельсины применяются для дистанционной передачи механиче-
ского угла поворота электрическим путём между устройствами, не имеющи-
ми между собой механической связи.
Сельсин имеет статор и ротор, на которых расположены обмотки пере-
менного тока. По своему назначению в схемах авторегулирования сельсины
делятся на:
− сельсины-датчики;
− сельсины-приёмники;
− дифференциальные.
Сельсин-датчик и сельсин-приёмник своими однокатушечными обмот-
ками статора подключены к одной и той же сети переменного тока, а трёхка-
тушечные обмотки ротора соединены между собой. Если повернуть ротор
датчика на произвольный угол, то на такой же угол повернётся ротор приём-
ника. Если ротор датчика вращать непрерывно с произвольной скоростью, то
с такой же скоростью будет вращаться и ротор приёмника.
Действие сельсинной связи основано на принципе электромагнитной
индукции, заключающейся в следующем. Переменный ток однокатушечной
обмотки статора индуктирует в трёхкатушечной обмотке ротора токи,
величины которых зависят от относительного расположения обмоток ротора
и статора.
7
Индукционный регулятор напряжения (ИР) представляет собой
асинхронную машину с фазным ротором, предназначенную для плавного ре-
гулирования напряжения. Рассмотрим работу трёхфазного ИР, получившего
преимущественное применение. Ротор ИР заторможен посредством червяч-
ной передачи, которая не только удерживает его в заданном положении, но и
позволяет плавно поворачивать его относительно статора. Обмотки статора и
ротора в ИР имеют автотрансформат
орную связь, поэтому ИР иногда назы-
вают поворотным автотрансформатором.
Фазорегулятор (ФР) предназначен для изменения фазы вторичного
напряжения относительно первичного при неизменном вторичном напряже-
нии. В отличие от ИР обмотки ротора и статора ФР электрически не соеди-
нены друг с другом, т.е. имеют трансформаторную связь, поэтому ФР ино-
гда наз
ывают поворотным трансформатором. Изменение фазы вторичного
напряжения осуществляется поворотом ротора относительно статора. Пер-
вичной обмоткой в ФР обычно является обмотка статора. Фазорегуляторы
применяются в устройствах автоматики (для фазового управления) и изме-
рительной технике (для проверки ваттметров и счётчиков).
Каждая электрическая машина имеет паспортную табличку, выбитую
на металлической пластине и прик
реплённую к корпусу. В этой табличке
указаны тип машины и её номинальные данные, характеризующие основные
энергетические показатели и условия работы, на которые она рассчитана. К
номинальным данным относятся: мощность, напряжение, ток, частота вра-
щения, частота переменного тока, коэффициент полезного действия, (КПД),
число фаз, коэффициент мощности и режим работы, класс изоля
ции, а так-
же дополнительные данные, необходимые для монтажа и эксплуатации ма-
шины (масса, схема включения обмоток и др.). Номинальной мощностью
электрической машины называют мощность, на которую рассчитана данная
машина по условиям нагревания и безаварийной работы в течение установ-
8
лен
нмощжен
е
в
камп
н
ь
с
е
я
ь
0
в
е
л
у
Н
т
т
и
р
д
щ
и
ь
о
б
ю
л
и
н
н
а
щ
а
а
и
н
н
н
в
д
щ
о
е
ч
н
о
т
ф
ч
а
н
р
х
в
о
к
а
ф
т
и
ь
Г
я
в
ю
л
р
п
х
л
о
и
н
с
т
и
й
о
п
а
р
р
н
р
в
в
ы
м
о
в
о
а
р
х
в
о
в
т
н
р
н
у
ь
м
к
п
о
ого сро
ка служ
ы. Для
электри
еских д
игателе
под н
миналь
ой
пол
(в
эле
тра
нал
(ри
ностью
ную в
зную
аттах и
трическ
ерах).
сформа
ные час
Класс
Элект
. 1.1).
По ро
понима
аттах и
электр
и килов
ю мощ
оминаль
оров ст
оты вра
фикация
ические
у тока р
т полез
и кило
ческую
аттах);
ость на
ые мо
ндартиз
ения эл
электри
машины
зличают
ую мех
аттах; д
мощ
ля гене
зажима
ности
ваны; т
ктричес
еских м
класси
машины
ническу
я гене
ость
аторов
(в во
сех вид
чно так
их маш
шин
ицируют
постоян
мощн
аторов
на з
еременн
ьт-ампе
в элект
же ста
н.
ся по ра
ого и пе
сть на
остоянн
жимах
ого ток
ах или
ически
дартизо
зличным
еменног
алу, вы
го тока
маши
– полн
киловол
машин
аны но
признак
тока.
а-
–
ы
ю
т-
и
и-
ам
дол
сто
мал
200
По мо
− м
й ватта
нного и
ной (пр
Гц);
ности р
кромаш
до 500 В
перемен
мышле
зличают
ны – их
т. Они м
ого. М
ной) час
:
мощнос
огут про
гут быт
оте 50
ь может
зводить
рассчи
ц, так и
варьиро
я для д
аны как
при пов
аться от
ух родо
на рабо
шенной
несколь
тока –
у при н
(от 400
их
о-
р-
до
Рис. 1.1
. Класси
икаци
электр
ческих
ашин
9
− электродвигатели малой мощности – от 0,5 до 10 кВт также могут
изготавливаться для двух родов тока – постоянного и переменного нормаль-
ной и повышенной частоты;
− электродвигатели средней мощности – от 10 кВт до нескольких
сотен ватт;
− электродвигатели большой мощности – мощность данных машин
больше нескольких сотен киловатт. Такие электродвигатели предназначены
для работы на постоянном и переменном напряжении нормальной частоты.
Исключение могут составлять электродвигатели специального назначения
(авиация, флот) и др.
Классификация по частоте вращения:
− до 300 об/мин – тихоходные;
− от 300 до 1500 об/мин – средней быстроходности;
− от 1500 до 6000 об/мин – быстроходные;
− более 6000 об/мин – сверхбыстроходные.
Микромашины же могут изготавливать с частотой вращения вала от
нескольких оборотов в минуту до 60 000 об/мин. Скорость вращения машин
средней и большой мощности, как правило, не превышает 3000 об/мин.
Конструктивное исполнение электрической машины во многом опре-
деляют требования, предъявляемые к защите её от внешних воздействий. В
зависимости от этого используют буквенно-цифровое обозначение исполне-
ний электрических машин, состоящее из двух букв IP (International
Protection) и двух цифр. Первая цифра (от 0 до 6) характеризует степ
ень за-
щиты обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и
вращающимися частями машины и от попадания внутрь её твёрдых посто-
10