- •Содержание:
- •1. Электрические машины – Электромеханические преобразователи энергии
- •Индуктивности Кирхгофской обмотки со всеми прочими обмотками ,где n – принимает любое значение от .
- •Первый Закон
- •2. Трансформаторы
- •Обмоток /,/
- •С различными группами соединения
- •Переходный процесс при включении трансформатора в холостую
- •Переходные процессы, вызванные перенапряжением
- •Мощности.
- •3. Асинхронные машины
- •Элементы обмоток переменного тока
- •2.2.3. Намагничивающая сила обмоток машин переменного тока
- •Намагничивающая сила однофазной обмотки.
- •Запишем выражение для тока ротора
- •Синхронные моменты будут сильно проявляться.
- •Задавшись током i1
- •Кратность пускового тока
- •4. Машины постоянного тока
- •Свойства генератора определяются его характеристиками.
- •1.Характеристика холостого хода: ,,,рис. 195
- •Параллельная работа генераторов параллельного возбуждения.
- •Параллельная работа генераторов смешанного возбуждения.
- •Принципиальная схема включения двигателя параллельного возбуждения представлена на рис. 220. Для пуска используется пусковой реостат (п. Р.). Свойства двигателя определяются его характеристиками.
- •5 Синхронные машины
- •Работа синхронного генератора при холостом ходе
- •Методы регулирования реактивной и активной мощности генератора.
- •В. Внезапное короткое замыкание при ,.
- •Угловые характеристики синхронного двигателя
- •Список литературы
Содержание:
Введение……………..…………………………………………………………………………….......5
1. Электрические машины – Электромеханические преобразователи энергии .............................7
1-1. Математическое описание электромеханического преобразования энергии в электрических машинах ............................................................................................................................8
1-2. Электромеханическое преобразование в машинах постоянного и переменного тока.....9
1-3. Законы Электромеханики .....................................................................................................12
2. Трансформаторы................................................................................................................................13
2-1. Устройство трансформатора .................................................................................................13
2-1-1. Шихтовка железа и обмотки стержневого трансформатора …...................................14
2-2. Однофазные трансформаторы. Холостой ход однофазного трансформатора .................15
2-2-1. Ток холостого хода ..........................................................................................................15
2-2-2. Потери при холостом ходе трансформатора .................................................................16
2-2-3. Схема замещения трансформатора при холостом ходе ...............................................16
2-2-4. Определение параметров zm,xm,rm .................................................................................17
2-3. Работа однофазного трансформатора под нагрузкой .........................................................17
2-3-1. Приведение параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной ............17
2-3-2. Физические процессы в трансформаторе при нагрузке ...............................................18
2-3-3. Векторная диаграмма трансформатора при нагрузке ..................................................18
2-3-4. Электормагнитное преобразование активной мощности в трансформаторе.............19
2-3-5. Схема замещения трансформатора при нагрузке .........................................................19
2-4. Режим короткого замыкания однофазного трансформатора .............................................20
2-4-1. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании .............................20
2-4-2. Потери при коротком замыкании ...................................................................................21
2-4-3. Экспериментальное определение параметров короткого замыкания .........................22
2-4-4. Треугольник короткого замыкания ................................................................................22
2-5. Совмещение режимов ............................................................................................................22
2-5-1. Коэффициент полезного действия трансформатора ....................................................22
2-5-2. Относительное изменение напряжения - ΔU................................................................23
2-6. Трехфазные трансформаторы ...............................................................................................24
2-6-1. Устройство трехфазных трансформаторов и их особенность .....................................24
2-6-2. Группы соединения трехфазных трансформаторов .....................................................26
2-6-3. Холостой ход трехфазного трансформатора………………………………….....…….27
2-6-4. Холостой ход трёхфазного трансформатора при соединении обмоток /…............27
2-6-5. Холостой ход трёхфазного трансформатора при соединении
обмоток /,/………………………………………………………………………......28
2-6-6. Параллельная работа трансформаторов ……………………………………….…........29
2-6-7. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве коэффициентов трансформации ……………………………………………..……………………..............…....29
2-6-8. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве напряжений
короткого замыкания ..……….……………………….………………………….....…...30
2-6-9. Параллельная работа трансформаторов с различными группами
соединения ………………………………………………………………………....….....31
2-7. Переходные режимы трансформаторов …………………….…………………..........…...31
2-7-1. Переходный процесс при включении трансформатора в холостую …...............…...32
2-7-2. Переходный процесс при коротком замыкании трансформатора …….…..................34
2-7-3. Переходные процессы, вызванные перенапряжением ………………….............…....35
2-8. Специальные трансформаторы .............................................................................................37
2-8-1. Автотрансформаторы ......................................................................................................37
2-8-2. Трехобмоточный трансформатор ...................................................................................38
2-8-3. Трансформаторы с расщепленными обмотками ...........................................................39
2-8-4. Регулирование напряжения в трансформаторах ...........................................................40
2-8-5. Трансформаторы для утроения и удвоения частоты ....................................................42
2-8-5-1. Трансформаторы для утроения частоты .................................................................42
2-8-5-2. Трансформаторы для удвоения частоты .................................................................44
2-8-6. Магнитные усилители .....................................................................................................45 3. Асинхронные машины...............................................................................................................48
3-1. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя ................................................48
3-1-1. Принцип создания вращающегося магнитного поля статорной обмоткой ................49
3-1-2. Принцип действия асинхронного двигателя .................................................................49
3-2. Общие вопросы машин переменного тока ...........................................................................50
3-2-1. Обмотки машин переменного тока ................................................................................20
3-2-2. Электродвижущая сила (ЭДС) обмотки машин переменного тока ............................53
3-2-3. намагничивающая сила обмоток машин переменного тока ........................................57
3-2-3-1. Намагничивающая сила однофазной обмотки .......................................................57
3-2-3-2. Намагничивающая сила трехфазной обмотки ........................................................58
3-3. Рабочий процесс асинхронного двигателя ..........................................................................61
3-3-1. Режимы работы асинхронной машины .........................................................................61
3-3-2. Режим двигателя ..............................................................................................................62
3-3-3. Явления связанные с вращением ротора асинхронного двигателя ............................63
3-3-4. Приведение параметров роторной обмотки к статорной .............................................64
3-3-5. Приведение асинхронного двигателя к эквивалентному трансформатору ................65
3-3-6. Векторная диаграмма асинхронного двигателя ............................................................65
3-3-7. Электромеханическое преобразование энергии в асинхронном двигателе ...............66
3-3-8. Схемы замещения асинхронной машины .....................................................................67
3-4. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронной машины ...................................69
3-4-1. Энергетическая диаграмма, вращающий момент асинхронного двигателя ..............69
3-4-2. Максимальный (критический) момент асинхронной машины ...................................71
3-4-3. Расчетная формула момента асинхронного двигателя ................................................72
3-4-4. Влияние высших гармоник магнитного поля на работу асинхронной машины .......72
3-4-5. Круговая диаграмма асинхронной машины ..................................................................74
3-4-6. Пуск трехфазных асинхронных двигателей ..................................................................76
3-4-6-1. Пуск под номинальным напряжением .....................................................................76
3-4-6-2. Пуск при пониженном напряжении .........................................................................77
3-4-6-3. Пуск двигателя с фазным ротором ...........................................................................78
3-5. Асинхронные двигатели с обмоткой ротора специального исполнения ..........................79
3-5-1. Короткозамкнутый асинхронный двигатель с глубоким пазом на роторе .................79
3-5-2. Короткозамкнутый асинхронный двигатель с двойной клеткой на роторе ...............81
3-6. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей ............................................82
3-6-1. Регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты.............................83
3-6-2. Регулирование частоты вращения двигателя путем изменения числа пар полюсов 83
3-6-3. Регулирование частоты вращения двигателя сопротивлением в цепи ротора (с фазным ротором) ........................................................................................................................................85
3-6-4. Регулирование частоты вращения двигателя изменением напряжения .................85
3-7. Асинхронная машина в режиме генератора ........................................................................86
3-8. Однофазный асинхронный двигатель ..................................................................................87
4. Машины постоянного тока ..............................................................................................................89
4-1. Устройство и принцип действия машин постоянного тока ...............................................89
4-2. Обмотки якоря машин постоянного тока ............................................................................90
4-2-1. Простая петлевая обмотка ...............................................................................................91
4-2-2. Простая волновая обмотка...............................................................................................92
4-2-3. Сложно петлевая обмотка ...............................................................................................93
4-2-4. Сложно-волновая обмотка ..............................................................................................93
4-2-5. Симметрия обмоток и уравнительные соединения ......................................................94
4-2-6. Смешанная (лягушечья) обмотка ...................................................................................96
4-2-7. Расчет магнитной цепи машины постоянного тока .....................................................96
4-3. ЭДС обмотки якоря ..............................................................................................................100
4-4. Реакция якоря в машинах постоянного тока .....................................................................100
4-5. Генераторы постоянного тока .............................................................................................102
4-5-1. Электромагнитный момент генератора постоянного тока ........................................103
4-5-2. Генераторы независимого возбуждения ......................................................................103
4-5-3. Генератор параллельного возбуждения .......................................................................104
4-5-4. Генератор последовательного возбуждения ...............................................................106
4-5-5. Генератор смешанного возбуждения ...........................................................................106
4-5-6. Параллельная работа генераторов постоянного тока .................................................107
4-6. Двигатели постоянного тока ...............................................................................................109
4-6-1. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока ...........................................109
4-6-2. Пуск двигателей постоянного тока ..............................................................................110
4-6-3. Реверсирование двигателя постоянного тока ..............................................................110
4-6-4. Классификация двигателей постоянного тока ............................................................111
4-6-4-1. Двигатели параллельного возбуждения ..............................................................111
4-6-4-2. Двигатели последовательного возбуждения .......................................................112
4-6-4-3. Двигатель смешанного возбуждения ...................................................................113
4-6-5. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока .............................114
4-6-5-1. Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря ....................114
4-6-5-2. Регулирование частоты вращения за счет изменения потока ...........................114
4-6-5-3. Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения .....115
4-7. Коммутация в машинах постоянного тока ........................................................................116
4-7-1. Закон изменения тока в коммутируемой секции ........................................................117
4-7-2. Прямолинейная коммутация .........................................................................................118
4-7-3. Замедленная коммутация ..............................................................................................119
4-7-4. Ускоренная коммутация ................................................................................................121
4-7-5. Определение реактивной ЭДС-er..................................................................................121
4-7-6. Способы улучшения коммутации ................................................................................123
4-7-7. Круговой огонь в машинах постоянного тока .............................................................125
5. Синхронные машины ......................................................................................................................127
5-1. Назначение, устройство и принцип действия ....................................................................127
5-2. Реакция якоря в синхронном явнополюсном генераторе .................................................128
5-2-1. Реакция якоря при активной нагрузке .........................................................................129
5-2-2. Реакция якоря при индуктивной нагрузке ...................................................................129
5-2-3. Реакция якоря при емкостной нагрузке .......................................................................130
5-2-4. Реакция якоря при смешанной нагрузке ......................................................................130
5-2-5. Магнитное рассеяние .....................................................................................................131
5-3. Рабочий процесс синхронной машины ..............................................................................131
5-3-1. Основная диаграмма ЭДС явнополюсного синхронного генератора .......................132
5-3-2. Преобразованная диаграмма ЭДС явнополюсной синхронной машины .................132
5-4. Определение параметров синхронной машины по снятым характеристикам ...............133
5-4-1. Определение ненасыщенного индуктивного сопротивления Xd..............................133
5-4-2. Определение параметра Xdнасыщенного ...................................................................134
5-4-3. Определение параметра Xq...........................................................................................135
5-4-4. Определение параметров XqиXdметодом скольжения ...........................................135
5-4-5. Определение параметра Xs ...........................................................................................135
5-4-6. Диаграммы намагничивающих сил ..............................................................................136
5-5. Параллельная работа синхронных генераторов ................................................................137
5-5-1. Параллельная работа генераторов при неравенстве напряжений .............................137
5-5-2. Параллельная работа генераторов при неравенстве частот .......................................137
5-5-3. Синхроноскопы. Методы синхронизации синхронных машин ................................138
5-5-4. Включение генератора параллельно сети на погасание ламп ...................................138
5-5-5. Включение генератора параллельно сети на бегущий свет .......................................139
5-6. Электромагнитная мощность и момент синхронных машин ...........................................139
5-7. Режимы работы синхронной машины параллельно с сетью ...........................................140
5-7-1. Режим синхронного генератора при постоянном токе возбуждении и переменном моменте ( ) ................................................................................................................141
5-7-2. Режим работы синхронного двигателя при постоянном моменте и переменном токе возбуждения () .........................................................................................................142
5-8. Переходный процесс в синхронной машине .....................................................................143
5-9. Синхронный двигатель ........................................................................................................151
5-9-1. Векторные диаграммы и угловые характеристики синхронного двигателя.............151
5-9-2. Режим работы синхронного двигателя при постоянном моменте и переменном токе возбуждения ...........................................................................................................152
5-9-3. Пуск синхронного двигателя ........................................................................................154
Введение:
Почти вся электроэнергия на Земле вырабатывается электрическими машинами (генераторами), а затем большая ее часть, электрическими двигателями преобразуется в механическую энергию. Электрические машины во многом определяют технический уровень промышленного производства. Без электрической энергии нельзя представить современное промышленное и сельскохозяйственное производство и жизнь цивилизованного общества.
Широкое применение электрической энергии имеет место благодаря возможности удобного ее распределения, передача на большие расстояния и высокому КПД при преобразовании в другие виды энергии. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях электрическими машинами – генераторами, преобразующими механическую энергию в электрическую. Основная часть электроэнергии (до 80%) вырабатывается на тепловых электростанциях, где при сжигании химического топлива (уголь, торф, газ) нагревается вода и переводится в пар высокого давления. Последний попадает в турбину, где, расширяясь, приводит ротор турбины во вращение (тепловая энергия в турбине преобразуется в механическую). Вращение ротора турбины передается на вал генератора (турбогенератора). В результате электромагнитных процессов, происходящих в генераторе, механическая энергия преобразуется в электрическую.
Процесс выработки электроэнергии на гидравлических электростанциях состоит в следующем: вода, поднятая плотиной на определенный уровень, сбрасывается на рабочее колесо турбины. Турбина вращается и вращает вал электрического генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую. В процессе потребления электрической энергии происходит ее преобразование в другие виды энергии. Около 70% электроэнергии используется для приведения в движение станков, механизмов, транспортных средств, т. е., для преобразования ее в механическую энергию. Это преобразование осуществляется электрическими машинами – электродвигателями.
Электродвигатели – основной элемент электропривода рабочих машин. Хорошая управляемость электрической энергией, простота ее распределения позволили широко применить в промышленности многодвигательный электропривод рабочих машин. Электродвигатели широко применяются на транспорте в качестве тяговых двигателей электровозов, электропоездов, троллейбусов, трамваев и др.
За последнее время значительно возросло применение электрических машин малой мощности – микромашин мощностью от долей до нескольких сот Ватт. Такие электрические машины используются в устройствах автоматики и вычислительной технике.
Особый класс электрических машин составляют двигатели для бытовых электроустройств – пылесосы, холодильники, вентиляторы и др. Мощность этих двигателей невелика (от единиц до сотен Ватт), конструкция проста и надежна, и изготовляют их в больших количествах.
Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места ее потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и на тысячи километров. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500 кВ и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи.
Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится неоднократно понижать и повышать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитного устройства, называемого трансформатором.
Трансформатор не является электрической машиной, он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Кроме того, трансформатор – это статическое устройство, и в нем нет никаких движущихся частей. Однако электромагнитные процессы, протекающие в трансформаторах, аналогичны процессам, происходящим при работе электрических машин. Более того, электрическим машинам и трансформаторам свойственна единая природа электромагнитных и энергетических процессов, возникающих при взаимодействии магнитного поля и проводника с током.
По этим причинам трансформаторы составляют неотъемлемую часть курса электрических машин.
Краткий конспект лекций по курсу «Электрические машины» не претендует на новое издание, а служит хорошей помощью для студентов заочников, у которых нет литературы для достаточного изучения материала, а так же для студентов дневного отделения.
В конспект лекций не вошло введение исторического развития электрических машин и современное состояние их развития. Этот материал хорошо изложен в ( л 15 ). В конспект лекций не вошел раздел по микромашинам.