
- •Предисловие к первому изданию
- •Единицы измерений систем си и сгс
- •Физические свойства меди и алюминия
- •Зависимость физических свойств электротехнической стали от содержания кремния
- •Глава первая принцип действия и устройство машин постоянного тока
- •Во внешней цепи (б)
- •Мотки якОрЯ.
- •Глава вторая магнитная цепь машины постоянного тока при холостом ходе
- •Уравнительные соединения
- •Глава четвертая основные электромагнитные соотношения
- •На технико-экономические показатели машины
- •98 Машины постоянного тока [Разд. I
- •I Круговой огонь представляет собой короткое замыкание якоря машины через электрическую дугу на поверхности коллектора.
- •Взаимная индукция, форма кривой и величина реактивной
- •2) Уменьшению реактивной э. Д. С. И 3) увеличению сопротивления цепи коммутируемой секции. Добавочные полюсы.
- •Глава седьмая потери и коэффициент полезного действия электрических машин
- •Глава восьмая нагревание и охлаждение электрических машин
- •Глава десятая двигатели постоянного тока
- •1. Наиболее удобным, распространенным и экономичным является способ регулирования скорости путем изменения потока ф6, т. Е. Тока возбуждения tB.
- •Регулирование скорости включением сопротивления в цепь якоря
- •Глава одиннадцатая специальные типы машин постоянного тока
- •Глава двенадцатая основные сведения о трансформаторах
- •Виды магнитопроводов.
- •I По конструкции магнитопровода трансформаторы подраз-| деляются на стержневые и броневые.
- •Глава тринадцатая намагничивание сердечников трансформаторов
- •Глава четырнадцатая схема замещения трансформатора и ее параметры
- •I Поэтому электромагнитная связь в трансформаторах весьма высока, а рассеяние мало.
- •1) Приведенное активное сопротивление вторичной обмотки
- •1 А. И. Воль дек. О схеме замещения трансформатора и ее параметрах. «Электричество», 1952, №. 8, с. 21-25.
- •Ib связи с изложенным можно сказать, что в режиме противо-включения существуют только магнитные поля рассеяния.
- •Глава пятнадцатая работа трансформатора под нагрузкой
- •Глава шестнадцатая несимметричная нагрузка трансформаторов
- •Глава семнадцатая переходные процессы в трансформаторах
- •Глава восемнадцатая разновидности трансформаторов
- •Глава девятнадцатая основные виды машин переменного тока и их устройство
- •Основные данные трехфазных гидрогенераторов завода «Электросила»
- •Глава двадцатая электродвижущие силы обмоток переменного тока
- •Глава двадцать первая обмотки переменного тока
- •X, y, z на 180°. При таком повороте этих векторов как при нечетном, так и при чешом d получим три одинаковых сектора векторов, и каждый сектор занимает угол 60° по
- •Глава двадцать вторая намагничивающие силы обмоток переменного тока
- •Н. С. Токов нулевой последовательности
- •Глава двадцать третья магнитные поля и индуктивные сопротивления обмоток переменного тока
- •I Индуктивные сопротивления, соответствующие этим гармоникам, назовем главными.
- •1 A. Ifc Вольдек. Рассеяние по коронкам зубцов в электрических машинах. — «Вестник электропромышленности», 1961, № 1, с. 60—62.
- •Глава двадцать четвертая основы теории асинхронных машин
- •Приведение обмотки ротора к обмотке статора.
- •Уравнения напряжений неприведенной асинхронной машины.
- •Глава двадцать пятая вращающие моменты и механические характеристики асинхронной машины
- •I Пусковой момент при данных значениях параметров машины также пропорционален квадрату приложенного напряжения.
- •I Очевидно, что вид механических характеристик существенно зависит от величины вторичного активного сопротивления.
- •Кратности начального пускового момента и пускового тока.
- •Глава двадцать шестая круговая диаграмма асинхронной машины
- •Глава двадцать восьмая пуск трехфазных асинхронных двигателей и регулирование их скорости вращения
- •Общие положения.
- •Регулирование скорости вращения посредством введения добавочной э. Д. С. Во вторичную цепь двигателя.
- •Глава двадцать девятая особые виды и режимы работы многофазных асинхронных машин
- •28 Mm, 975 об/мин при соединениях обмотки статора в трегулышк"
- •Глава тридцатая однофазные асинхронные машины
- •Глава тридцать первая асинхронные микромашины автоматических устройств
- •Глава тридцать вторая магнитные поля и основные параметры синхронных машин
- •Общие положения.
- •Глава тридцать третья работа многофазных синхронных генераторов при симметричной нагрузке
- •Номинальное изменение напряжения синхронного генератора
- •Глава тридцать четвертая элементы теории переходных процессов синхронных машин
- •Периодические и апериодические токи обмоток индуктора.
- •1Ри этих условиях.
- •Затухание апериодического тока якоря.
- •Глава тридцать пятая параллельная работа синхронных машин
- •Изменение активной мощности. Режимы генератора и двигателя.
- •Вывод формулы угловой характеристики активной мощности.
- •Синхронизирующая мощность и синхронизирующий момент.
- •Глава тридцать шестая асинхронные режимы и самовозбуждение синхронных машин
- •Глава тридцать седьмая синхронные двигатели и компенсаторы
- •Способы пуска синхронных двигателей.
- •Ib подавляющем большинстве случаев применяется асинхронный пуск синхронных двигателей (см. § 36-1 и 36-2).
- •Глава тридцать восьмая несимметричные режимы работы синхронных генераторов
- •Токи и сопротивления нулевой последовательности.
- •I Последние вызывают в машине ряд нежелательных явлений и делают режим работы машины тяжелым.
- •Потери энергии и нагрев ротора.
- •Вибрация.
- •Получим
- •Глава тридцать девятая колебания и динамическая устойчивость синхронных машин
- •Глава сороковая системы возбуждения синхронных машин
- •I Регуляторы, которые реагируют не только на величины отклонения определенных параметров, но и на величины их производных во времени, называются регуляторами сильного действия.
- •Глава сорок первая специальные типы синхронных машин
- •Глава сорок вторая многофазные коллекторные машины и каскады
- •I Однако в коммутируемых секциях к. М. П. Т , кроме реактивной э. Д с, возникает также трансформаторная э. Д. С. Етр, которая индуктируется основным магнитным потоком ф.
- •Список литературы
- •Предметный указатель
Зависимость физических свойств электротехнической стали от содержания кремния
Свойства |
Первая цифра марки стали |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Содержание кремния (Si), %............Плотность, г.......Удельное сопротивление, ОМ-М .: ........ Температурный коэффициент сопротивления1, 1/град..........Удельная теплоемкость, вт ■ сек/(кг ■ град) . . . |
0,8-1,8 7,80 0,25 ■ 10-е 0,0025 460 |
1,8-2,8 7,75 0,40 • Ю-» 0,0015 |
2,8-4,0 7,65 0,50 • 10~в 0,001 |
4,0—4,8 7,55 0,58 • 10-е 0,0008 480 |
С увеличением содержания кремния возрастает хрупкость стали. В связи с этим, чем меньше машина и, следовательно, чем меньше размеры зубцов и пазов, в которые укладываются обмотки, тем труднее использовать стали с повышенной и высокой степенью легирования. Поэтому, например, высоколегированная сталь применяется только для изготовления трансформаторов и очень мощных генераторов переменного тока.
В машинах с частотой тока до 100 гц обычно применяется листовая электротехническая сталь толщиной 0,5 мм, а иногда также, в особенности в трансформаторах, сталь толщиной 0,35 мм. При более высоких частотах используется более тонкая сталь, Размеры
листов электротехнической стали стандартизованы, причем ширина листов составляет 240—1000 мм, а длина 1500—2000 мм. В послед-
Рис. В-1. Кривые намагничивания ферромагнитных материалов
/ — электротехническая сталь Э11, Э21; 2 — электротехническая сталь Э31, Э41; 3 — малоуглеродистые литая сталь, стальной прокат и поковки для электрических машин 4 — листовая сталь толщиной I —2 мм для полюсов; 5 — сталь 10; 6 — сталь 30; 7 — холоднокатаная электротехническая сталь ЭЗЗО; 8 — серый чугун с содержанием: С — 3,2%, Si — 3,27%, Мп — 0,56%, Р — 1,05%; / X А — масштабы по осям / и А; II X Б — масштабы по осям II и Б
нее время расширяется выпуск электротехнической стали в виде ленты, наматываемой в рулоны.
На рис. В-1 представлены кривые намагничивания различных марок стали и чугуна, а в табл. В-5, согласно ГОСТ 802—58, —
величины удельных потерь р в наиболее распространенных марках электротехнической стали. Индекс у буквы р указывает на индукцию В в килогауссах (числитель) и на частоту / перемагничивания в герцах (знаменатель), при которых гарантируются приведенные в табл. В-5 значения потерь. Для марок Э310, Э320 и ЭЗЗО потери даны для случая намагничивания вдоль направления прокатки.
Таблица В-5
|
|
Удельные потери в электротехнической |
стали |
|
|
||||
Марка стали |
Толщина листа, мм |
Удельные потери, вт/кг |
Марка стали |
Толщина листа, мм |
Удельные потери, вт/кг |
||||
Р10/50 |
Р15/50 |
Pi 7/50 |
РЮ/50 |
Р15/50 |
Pi 7/50 |
||||
эп Э12 Э13 Э21 Э22 Э31 Э32 Э41 |
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,35 |
3,3 3,2 2,8 2,5 2,2 2,0 1,8 1,55 1,35 |
7,7 7,5 6,5 6,1 5,3 4,4 3,9 3,5 3,0 |
— |
Э42 Э43 Э310 Э320 ЭЗЗО |
0,50 0,35 0,50 0,35 0,50 0,35 0,50 0,35 0,50 0,35 |
1,40 1,20 1,25 1,05 1,10 0,8 0,95 0,7 0,8 0,6 |
3,1 2,8 - 2,9 2,5 2,45 1,75 2,10 1,5 1,75 1,3 |
3,2 2,5 2,8 2,2 2.5 1,9 |
Потери на вихревые токи зависят от квадрата индукции, а потери на гистерезис — от индукции в степени, близкой к двум. Поэтому и общие потери в стали с достаточной для практических целей точностью можно считать зависящими от квадрата индукции. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, а на гистерезис — первой степени частоты. При частоте 50 гц и толщине листов 0,35—0,5 мм потери на гистерезис превышают потери на вихревые токи в несколько раз. Зависимость общих потерь в стали от частоты вследствие этого ближе к первой степени частоты. Поэтому удельные потери для значений В и /, отличных от указанных в табл. В-5, можно вычислять по формулам:
>.д-Р15/50^5У [Wj ,
где значение В подставляется в теслах (тл).
Приведенные в табл. В-5 значения удельных потерь соответствуют случаю, когда листы стали изолированы друг от друга. Для изоляции применяется специальный лак или весьма редко тонкая бумага.
При штамповке возникает наклеп листов электротехнической стали. Кроме того, при сборке пакетов сердечников происходит частичное замыкание листов по их кромкам вследствие появления при штамповке грата или заусенцев. Это увеличивает потери в стали до 1,5—4,0 раз.
Из-за наличия между листами стали изоляции, их волнистости и неоднородности по толщине не весь объем спрессованного сердечника заполнен сталью. Коэффициент заполнения пакета сталью при изоляции лаком в среднем составляет kc = 0,93 при толщине листов 0,5 мм и kc = 0,90 при 0,35 мм.
Изоляционные материалы. К электроизоляционным материалам, применяемым в электрических машинах, предъявляются следующие требования: по возможности высокие электрическая прочность, механическая прочность, нагревостойкость и теплопроводность, а также малая гигроскопичность. Важно, чтобы изоляция была по возможности тонкой, так как увеличение толщины изоляции ухуд1 шает теплоотдачу и приводит к уменьшению коэффициента заполнения паза проводниковым материалом, что в свою очередь вызывает уменьшение номинальной мощности машины. В ряде случаев возникают также и другие требования, например устойчивость против различных микроорганизмов в условиях влажного тропического климата и т. д. На практике все эти требования могут быть удовлетворены в разной степени.
Изоляционные материалы могут быть твердые, жидкие и газообразные. Газообразными обычно являются воздух и водород, которые представляют собой по отношению к машине окружающую или охлаждающую среду и одновременно в ряде случаев играют роль электрической изоляции. Жидкие диэлектрики находят применение главным образом в трансформаторостроении в виде специального сорта минерального масла, называемого трансформаторным.
Наибольшее значение в электромашиностроении имеют твердые изоляционные материалы. Их можно разбить на следующие группы: 1) естественные органические волокнистые материалы — хлопчатая бумага, материалы на основе древесной целлюлозы и шелк; 2) неорганические материалы — слюда, стекловолокно, асбест; 3) различные синтетические материалы в виде смол, пленок из листового материала и т. д.; 4) различные эмали, лаки и компаунды на основе природных и синтетических материалов.
В последние годы органические волокнистые изоляционные материалы все больше вытесняются синтетическими материалами.
Эмали применяются для изоляции проводов и в качестве покровной изоляции обмоток. Лаки используются для склейки слоистой изоляции и для пропитки обмоток, а также для нанесения покровного защитное© слоя на извдяадю. Дву- или трехкратной пропиткой
обмоток лаками, чередуемой с просушками, достигается заполнение пор в изоляции, что повышает теплопроводность и электрическую прочность изоляции, уменьшает ее гигроскопичность и скрепляет элементы изоляции в механическом отношении.
Пропитка компаундами служит такой же цели, как и пропитка лаками. Разница заключается только в том, что компаунды не имеют летучих растворителей, а представляют собой весьма консистентную массу, которая при нагревании размягчается, сжижается и способна под давлением проникать в поры изоляции. Ввиду отсутствия растворителей заполнение пор при компаундировании получается более плотным.
Важнейшей характеристикой изоляционных материалов является их нагревостойкость, которая решающим образом влияет на надежность работы и срок службы электрических машин. По нагрево-стойкости электроизоляционные материалы, применяемые в электрических машинах и аппаратах-, подразделяются, согласно ГОСТ 8865—70, на семь классов со следующими предельно допустимыми температурами ■0макс:
Класс изоляции |
Y |
А |
Е |
В |
F |
Н |
С |
А "С "мако *■" |
90 |
105 |
120 |
135 |
155 |
180 |
>180 |
В стандартах прежних лет содержатся старые обозначения некоторых классов изоляции: вместо Y, E, F, Н соответственно О, АВ, ВС, СВ.
К классу Y относятся не пропитанные жидкими диэлектриками и не погруженные в них волокнистые материалы из хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка, а также ряд синтетических полимеров (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и др.). Этот класс изоляции в электрических машинах применяется редко.
Класс А включает в себя волокнистые материалы из хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка, пропитанные жидкими электроизоляционными материалами или погруженные в них, изоляцию эмаль-проводов на основе масляных и полиамиднорезольных лаков (капрон), полиамидные пленки, бутилкаучуковые и другие материалы, а также пропитанное дерево и древесные слоистые пластики. Пропитывающими веществами для данного -класса изоляции являются трансформаторное масло, масляные и асфальтовые лаки и другие вещества с соответствующей нагревостойкостью. К данному классу относятся различные лакоткани, ленты, электротехнический, картон, гетинакс, текстолит и другие изоляционные изделия. Изоляция класса А широко применяется для вращающихся электрических
машин мощностью до 100 кет и выше, а также в трансформаторо-строении.
К классу Е относится изоляция эмальпроводов и электрическая изоляция на основе поливинилацеталевых (винифлекс, металвин), полиуретановых, эпоксидных, полиэфирных (лавсан) смол и других синтетических материалов с аналогичной нагревостойкостью. Класс изоляции Е включает в себя новые синтетические материалы, применение которых быстро расширяется в машинах малой и средней мощности (до 100 кет и выше).
Класс В объединяет изоляционные материалы на основе неорганических диэлектриков (слюда, асбест, стекловолокно) и клеящих, пропиточных и покровных лаков и смол повышенной нагревостой-кости органического происхождения, причем содержание органических веществ по весу не должно превышать 50%. Сюда относятся прежде всего материалы на основе тонкой щипаной слюды (мика-лента, микафолий, миканит), широко применяемые в электромашиностроении.
В последнее время используются также слюдинитовые материалы, в основе которых лежит непрерывная слюдяная лента из пластинок слюды размерами до нескольких миллиметров и толщиной в несколько микрон.
К классу В принадлежат также различные синтетические материалы: полиэфирные смолы на основе фталевого ангидрида, поли-хло.ртрифторэтилен. (фторопласт-3), некоторые полиуретановые смолы, пластмассы с неорганическим заполнителем и др.
Изоляция класса В широко используется в электрических машинах средней и большой мощности.
Класс F включает в себя материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, но с применением органических лаков и смол, модифицированных кремнийорганическими (полиорганосилоксано-выми) и другими смолами с высокой нагревостойкостью, или же с применением других синтетических смол соответствующей нагре-востойкости (полиэфирные смолы на основе изо- и терефталевой кислот и др.). Изоляция этого класса не должна содержать хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка.
К классу Н относится изоляция на основе слюды,, стекловолокна и асбеста в сочетании с кремнийорганическими (полиорганосилок-сановыми), полиорганометаллосилоксановыми и другими нагре-востойкими смолами. С применением таких смол изготовляются миканиты и слюдиниты, а также стекломиканиты, стекломикафолий, стекломикаленты, стеклослюдиниты, стеклолакоткани и стеклотек-столиты.
К классу Н относится и изоляция на основе политетрафторэтилена (фторопласт-4). Материалы класса Н применяются в электрических машинах, работающих в весьма- тяжелых условиях
(горная и металлургическая промышленность, транспортные установки и пр.).
К классу изоляции С принадлежат слюда, кварц, стекловолокно, стекло, фарфор и другие керамические материалы, применяемые без органических связующих или с неорганическими связующими.
Под воздействием тепла, вибраций и других физико-химических факторов происходит старение изоляции, т. е. постепенная потеря ею механической прочности и изолирующих свойств. Опытным путем установлено, что срок службы изоляции классов А и В снижается в два раза при повышении температуры на каждые 8—10° С сверх 100° С. Аналогичным образом снижается при повышении температуры также срок службы изоляции других классов.
Электрические щетки подразделяются на две группы: 1) угольно-графитные, графитные и электрографитированные; 2) металлогра-фитные. Для изготовления щеток первой группы используется сажа, измельченные природный графит и антрацит с каменноугольной смолой в качестве связующего. Заготовки щеток подвергаются обжигу, режим которого определяет структурную форму графита в изделии. При высоких температурах обжига достигается перевод углерода, находящегося в саже и антраците, в форму графита, вследствие чего такой процесс обжига называется графитирова-нием. Щетки второй группы содержат также металлы (медь, бронза, серебро). Наиболее распространены щетки первой группы.
В табл. В-6 приводятся характеристики ряда марок щеток. Влияние разных факторов на условия работы щеток выясняется в гл. 6.
Таблица В-6
Технические |
характеристики электрически* |
k щеток |
|||||
|
|
га к К га О |
те о га у |
га я |
» |
|
Характер |
|
|
£ и |
|
X |
QJ ^ су |
ш |
коммутации, |
Класс |
|
Is |
ч к-Si. |
|
|
Я" |
при котором |
щеток |
|
га о |
В я ^ |
О Jj |
&|>. |
|
рекомендуется |
|
|
|
о ^ Д |
2"? |
|
•9- s |
применение |
|
р. |
^ о ^ |
■^ & и |
|
|
т я |
щеток |
|
S |
|
!§§. |
^g |
|
|
|
Угольно-графитные |
УГ4 |
7 |
12 |
2—2,5 |
1,6-2,6 |
0,25 |
Несколько |
|
|
|
|
|
|
|
затрудненная |
Графитные |
Г8 |
11 |
25 |
2—3 |
1,5-2,3 |
0,25 |
Нормальная |
Электрографитиро- |
ЭГ4 |
12 |
40 |
1,5-2 |
1,6-2,4 |
0,20 |
|
ванные |
|
|
|
|
|
|
|
То же |
ЭГ8 |
10 |
40 |
2—4 |
1,9-2,9 |
0,25 |
Самая чатруд- |
|
|
|
|
|
|
|
ьенная |
» » |
ЭП2 |
10—11 |
40 |
2-3 |
2,5-3,5 |
0,25 |
Затрудненная |
|
ЭГ84 |
9 |
45 |
2-3 |
2,5-3,5 |
0,25 |
Самая затруд- |
Медно-графитные |
МГ2 |
20 |
20 |
1,8-2,3 |
0,3-0,7 |
0,20 |
ненная Самая легкая |
В-5. Положительные направления электромагнитных величин, уравнения напряжения и векторные диаграммы источников и приемников электрической энергии
В электрических цепях различных электротехнических устройств, в том числе и в цепях электрических машин и трансформаторов, могут быть приняты различные положительные направления токов, э. д. с. и напряжений, причем в зависимости от принятых положительных направлений несколько изменяется вид уравнений напряжения для этих цепей и их векторные диаграммы. В различных странах и разными авторами из отдельных стран используются различные возможные сочетания положительных направлений этих величин. Такое положение нередко вызывает у читателя недоразумения и неясность. Остановимся на этом вопросе подробнее, притом применительно к цепям переменного тока, поскольку они сложнее цепей постоянного тока.
Рассмотрим изображенную на рис. В-2 цепь переменного тока, где слева от зажимов /, 2 представлены элементы, относящиеся к источнику электрической энергии (например, к генератору переменного тока), а справа — к приемнику (например, к двигателю переменного тока). Источник и приемник обладают активными сопротивлениями г„, гп и собственными индуктивными сопротивлениями хп, хп, учитывающими э. д. с. самоиндукции —jxj и —jxj. Кроме того, в цепях_ источника и приемника в общем случае действуют э. д. с. Ёи и Ёп иного происхождения, например э. д. с. взаимной индукции от других, не изображенных на рис. В-2 электрических цепей.
На рис. В-2 положительные направления тока / и действующих в цепи э. д. с. £н и Ёп приняты одинаковыми. Такой выбор положительных направлений / и Ё в цепях переменного тока является общепринятым. Положительное направление напряжения О на зажимах 1, 2 принято от зажима / к зажиму 2, что указывается стрелкой у буквы О. Важно сочетание положительных направлений / и £, с одной стороны, и положительного направления О, с другой. Представленное на рис. В-2 сочетание этих величин истолковывается следующим образом.
Предположим для простоты, что О и / совпадают по фазе, т. е. одновременно проходят через нули и максимумы. Предположим, далее, для определенности, что в рассматриваемый момент времени и и i положительны, т. е. ток течет в направлении стрелок у буквы /,
Рис. В-2. Цепь переменного тока, состоящая из источника и приемника электрической энергии
а напряжение действует от зажима / к зажиму 2. При этом зажим / положителен, а зажим 2 отрицателен. При этих условиях ток из левой части схемы рис. В-2 вытекает через положительный зажим 1, что и характерно для источника (генератора), а в правую часть схемы рис. В-2 ток втекает через положительный зажим 1, что характерно для приемника (двигателя.) Таким образом, изображенное на рис. В-2 сочетание положительных направлений (стрелок) О и / вполне соответствует особенностям режима работы источника и приемника.
На рис. В-2 показаны также положительные направления мощности электрической энергии Р в источнике и приемнике. Источник отдает мощность от своих зажимов 1,2, а приемник потребляет мощность со своих зажимов /, 2. На практике принято также говорить
о потреблении тока каким-5) либо устройством, напри--
мер, из сети и об отдаче тока из данного устройства, например, в сеть. В действительности ток замкнут, и если от одного зажима устройства ток отдается в сеть, то на другой зажим он поступает из сети. Поэтому, например, о потреблении или отдаче тока можно говорить только
в смысле потребления или о,тдачи электрической энергии. На основании изложенного выше можно также говорить, что устройство потребляет ток, если он втекает в данное устройство через его положительный зажим и вытекает через отрицательный. Наоборот, данное устройство отдает ток, если он вытекает через положительный зажим и втекает через отрицательный.
Напишем теперь для цепи рис. В-2 второе уравнение Кирхгофа:
Ёа + Ёп- jxj - jxj = rj + rj.
Сосредоточим в левой части этого уравнения члены, соответствующие элементам источника, а в правой части — члены, соответствующие элементам приемника:
Ёв - rj - jxj = rj + jxj -Ёа = 0. (В-4)
Левая часть этого уравнения определяет напряжение О на зажимах источника /, 2, равное э. д. с. ЁИ минус падения напряжения в сопротивлениях ги и хИ. Одновременно О является также напряжением на зажимах приемника, которое определяется средней частью уравнения (В-4),
Рис. В-3. Схемы цепей источника (а) и приемника (б) электрической энергии и положительные направления электромагнитных величин
Разделим теперь схему рис. В-2 на зажимах 1, 2 на две части и изобразим их отдельно, как показано на рис. В-3, где схема источника повернута по сравнению со схемой рис. В-2 относительно зажимов 1, 2 на 180°, а индексы «и» и «п» у буквенных величин опущены. Как видно из рис. В-3, схемы источника и приемника отличаются друг от друга тем, что в них при одинаковом направлении О направления Ё, I и Р являются противоположными. Очевидно, что на рис. В-3, а или б можно одновременно изменить направления О, Ё и / и при этом уравнения напряжения, векторные диаграммы и энергетические соотношения не изменятся. Поэтому можно также сказать, что схемы источника и приемника отличаются друг от друга тем, что положительные направления О на зажимах у них противоположные.
На основании соотношений (В-4) можно написать также следующие уравнения напряжения: для источника
Эти уравнения истолковываются следующим образом. Напряжение на зажимах источника, согласно (В-5), равно его э. д. с. Ё за вычетом внутренних падений напряжения rl и jxf, а напряжение на зажимах приемника, согласно (В-6), расходуется на падения напряжения г/, jxl и на компенсацию (уравновешивание) внутренней э. д. с. Ё. Можно также сказать, что напряжение приемника состоит из указанных трех составляющих, фигурирующих в правой части уравнения (В-6).
По уравнениям источника и приемника в соответствии с равенствами 0-5) и (В-6) построены векторные диаграммы на рис. В-4, а и б.
Таким образом, в принципе возможны два сочетания положительных направлений О, Ё и /, чему соответствуют два различных вида уравнений напряжений векторных диаграмм. В то же время многие электротехнические устройства способны работать, хотя бы кратковременно, как в режиме источника, так и в режиме приемника. Например, каждый электрический генератор может работать двигателем и наоборот. Поэтому, выбрав, например, для какого-либо устройства сочетание положительных направлений О, Ё и / на рис. В-3, с как для источника, мы должны считаться с тем, что это устройство в определенных условиях в действительности может работать в режиме приемника электрической энергии. При этом мы
можем по-прежнему рассматривать это устройство как источник и сохранить схему рис. В-3, а с указанными там положительными направлениями О, Ё, I и уравнение (В-5), но при этом угол сдвига фаз между О и / будет уже находиться не в пределах —90° < ср < < 90°, как на рис. В-4, а, а в пределах 90° < <р < 270°, как на диаграмме рис. В-4, в. Если по рис. В-4, а
Рис. В-4. Векторные диаграммы устройств, работающих в режимах источника (а, г) и приемника (б, в) электрической энергии
то, согласно рис. В-4, в,
P = UI cos ф<0,
что указывает на то, что теперь в действительности направление мощности противоположно положительному направлению, обозначенному стрелкой на рис. В-3, а, т. е. в действительности мощность потребляется из сети. На это же указывает то, что на рис. В-4, в активная относительно О составляющая / отрицательна, в то время как на рис. В-4, а она положительна.
На рис. В-4, в верхняя часть диаграммы топологически повторяет верхнюю часть диаграммы рис. В-4, б, а векторы тока равны по величине и противоположны по направлению. Это означает, что диаграммы рис. В-4, б и в изображают один и тот же режим работы определенного устройства, потребляющего энергию из сети, но на диаграмме рис. В-4, б это устройство рассматривается в качестве приемника, а на диаграмме рис. В-4, в — в качестве источника,
Аналогичным образом, если какое-либо устройство, рассматриваемое по схеме рис. В-3, б как приемник, в действительности работает в режиме источника энергии, то вместо диаграммы вида рис. В-4, б будем иметь диаграмму вида рис. В-4, г, где также 90° < ф < 270°, и поэтому направление передачи мощности в действительности противоположно указанному на рис. В-3, б. Отметим здесь также, что верхние части диаграмм рис. В-4, а я г топологически одинаковы, а токи равны по величине и противоположны по направлению. Это означает, что обе эти диаграммы изображают один и тот же режим работы определенного устройства, работающего в качестве источника, но один раз это устройство рассматривается в качестве источника по схеме рис. В-3, а, а другой раз — в качестве приемника по схеме рис. В-3, б. Как видно из указанных рисунков, соответствующие диаграммы отличаются друг от друга поворотом вектора / на 180°, изменением знака Ё и изменением направлений падений напряжения на обратные.
Рассмотрим еще вопрос о направлениях реактивных составляющих токов и о потреблении из сети или отдаче в сеть реактивных мощностей и реактивных составляющих тока.
На рис. В-5, а изображены приключенные параллельно к сети переменного тока индуктивность L и емкость С, причем на этом рисунке они рассматриваются как приемники. Если
Рис. В-5. Векторные диаграммы {б, г)
параллельно включенных индуктивности
и емкости (а, в) при резонансе токов
то /i = /с и / = 0, т. е. из сети ток не потребляется. Соответствующая векторная диаграмма изображена на рис. В-5, б. Согласно последней, L и С потребляют из сети противоположные по направлению токи, которые в сумме дают нуль. Однако можно трактовать этот вопрос также иначе и рассматривать, например, L как приемник, а С как источник, изменив в С направление тока на противоположное (рис. В-5, в), чему соответствует диаграмма на рис. В-5, г, и тогда можно сказать, что L потребляет из сети отстающий ток /х, а С отдает в сеть отстающий ток 1'с — II и поэтому L и С вместе
не потребляют из сети и не отдают в нее никакого тока. Можно также сказать, что емкость С питает индуктивность L отстающим током.
В энергетических системах потребление и отдачу реактивной мощности принято связывать с отстающими (индуктивными) реактивными токами. При этом говорят, что индуктивность L потребляет из сети реактивную мощность и отстающий (индуктивный) реактивный ток, а емкость С отдает в сеть реактивную мощность и отстающий реактивный ток. Можно было бы также говорить, что емкость С потребляет из сети опережающий (емкостный) ток, а индуктивность L отдает в сеть такой ток. Из сравнения рис. В-4, а и б, в и г видно, что при изменении положительных направлений токов изменяются также направления реактивных составляющих токов /г: на рис. В-4, а и б они являются отстающими, а на рис. В-4, в и г — опережающими.
В советской литературе и в данной книге приняты следующие правила выбора положительных направлений О, Ё и /, написания уравнений напряжения и изображения векторных диаграмм электрических машин переменного тока: 1) первичная обмотка трансформатора (раздел второй) рассматривается как приемник, а вторичная — как источник электрической энергии, 2) асинхронные машины (раздел четвертый) рассматриваются как приемники, поскольку они работают главным образом как двигатели, 3) синхронные машины (раздел пятый) рассматриваются как источники, так как практически все генераторы переменного тока являются синхронными машинами. Отклонения от этих правил оговариваются особо. В то же время иногда руководствуются и другими правилами. Например, Р. Рихтер [3] и В., П. Шуйский [231 рассматривают обе обмотки трансформатора и все машины переменного тока в качестве источников.
Раздел первый МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА |
Принцип действия и устройство. Магнитная цепь при холостом ходе. Якорные обмотки. Основные электромагнитные соотношения. Магнитное поле при нагрузке. Коммутация. Потери и к. п. д. Нагревание и охлажде-hup. Генераторы. Двигатели. Специальные типы машин. |