- •Лекции по электрическим машинам л 1. Тема: «Общие вопросы теории машин переменного тока»
- •§1. Синхронные машины.
- •§2. Асинхронные машины.
- •§3. Обмотки машин переменного тока.
- •§4. Электродвижущие силы обмоток машин переменного тока.
- •§4.3. Э.Д.С. Витка.
- •§5. Намагничивающие силы обмоток переменного тока.
- •Л 2. Тема: «Асинхронные машины. Основы теории асинхронных машин при неподвижном роторе»
- •§1. Принцип действия асинхронной машины.
- •§2. Двигатели асинхронные 3хфазные единой серии 4а.
- •§3. Асинхронная машина пи заторможенном роторе.
- •Л 3. Тема: «Основы теории асинхронных машин при вращающемся роторе»
- •§1. Ориентировочные замечания.
- •§2. Основные явления, происходящие в асинхронной машине при вращении.
- •§3. Уравнение э.Д.С. Ротора и ток ротора i2.
- •§4. Частота вращения намагничивающей силы ротора.
- •§5. Уравнение намагничивающих сил асинхронной машины при её вращении.
- •§6. Схема замещения ротора асинхронной машины.
- •§7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя.
- •§8. Схема замещения асинхронного двигателя.
- •§9. Потери и к.П.Д. Асинхронного двигателя.
- •Л 4. Тема: «Синхронные машины. Работа под нагрузкой».
- •§1. Основные понятия и устройство синхронной машины.
- •§2. Принцип действия синхронной машины.
- •§3. Работа синхронного генератора при холостом ходе.
- •§4. Работа синхронного генератора под нагрузкой (на примере явнополюсной машины).
- •Л 5. Тема: «Параллельная работа синхронных машин»
- •§1. Предварительные замечания.
- •§2. Условия параллельного включения синхронных генераторов по способу точной синхронизации.
- •§3. Включение синхронных генераторов по методу самосинхронизации.
- •Л 6. Тема: «Характеристики синхронных генераторов».
- •§1. Система относительных единиц.
- •§2. Характеристика холостого хода.
- •§3. Характеристика короткого замыкания.
- •§4. Опытное определение xd.
- •§5. Опытное определение реактивного треугольника.
- •§6. Нагрузочная характеристика.
- •§7. Опытное определение индуктивного сопротивления рассеяния хδ.
- •§8. Внешняя характеристика.
- •§9. Регулировочная характеристика.
- •§10. Отношение короткого замыкания.
- •Л 7. Тема: «Физические основы рабочего процесса трансформатора»
- •§1. Принцип работы трансформатора.
- •§2. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов.
- •§3. Уравнение электродвижущих сил.
- •§4. Уравнение намагничивающих сил.
- •§5. Приведенный трансформатор.
- •§6. Переходные процессы в трансформаторах.
- •Л 8. Тема: «Рабочие свойства трансформаторов»
- •§1. Режим холостого хода.
- •§2. Опыт короткого замыкания.
- •§3. Изменение напряжения трансформатора.
- •§4. Включение трансформаторов на параллельную работу.
- •§5. Энергетическая диаграмма трансформатора.
- •§1. Устройство и принцип действия.
- •§2. Энергетическая диаграмма.
- •§3. Основные электромагнитные соотношения машины постоянного тока.
- •§4. Общие сведения об обмотках машин постоянного тока (якорных обмотках).
- •§5. Простая петлевая обмотка.
- •§6. Простая волновая обмотка.
- •Л 10. Тема: «Магнитная цепь машины постоянного тока».
- •Значение индукции в машинах постоянного тока.
- •Л 11. Тема: «Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке».
- •§1. Реакция якоря.
- •§2. Влияние реакции якоря на магнитный поток машины.
- •Л 12. Тема: «Коммутация в машинах постоянного тока».
- •§1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе.
- •§2. Физическая сущность коммутации и ее влияние на работу машины.
- •§3. Способы улучшения коммутации.
- •Л 13. Тема: «Генераторы постоянного тока и их характеристика».
- •§1. Характеристики генераторов.
- •Л 14. Тема: «Генераторы постоянного тока. Классификация».
- •Л 15. Тема: «Двигатели постоянного тока, их характеристики».
- •§1. Основные понятия.
- •§2. Пуск двигателя постоянного тока.
- •§3. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока.
- •§4. Механические характеристики двигателей постоянного тока.
- •§5. Рабочие характеристики двигателя с последовательным возбуждением.
Л 4. Тема: «Синхронные машины. Работа под нагрузкой».
Всинхронной машине сердечник статора собирают из изолированных листов электротехнической стали и на нем располагают трехфазную обмотку якоря. На роторе размещают обмотку возбуждения. В явнополюсных машинах полюсным наконечникам обычно придают такой профиль, чтобы воздушный зазор между полюсным наконечником и статором был минимальным под серединой полюса и максимальным у его краев, благодаря чему кривая распределения индукции в воздушном зазоре приближается к синусоиде.
§1. Основные понятия и устройство синхронной машины.
Синхронной называется бесколлекторная машина переменного тока, в которой частота вращения ротора n1находится в строго постоянном отношении к частотеf1сети переменного тока.
,
где р – число пар полюсов машины.
Применение синхронных машин весьма широко. Машина эта обратима и может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Синхронный генератор является основным типом генератора переменного тока, применяемым в процессе производства электроэнергии. Синхронные двигатели в отличии от двигателей других типов имеют строго постоянную частоту вращения при данной частоте, не зависящую от нагрузки.
Синхронные машины выполняют с неподвижным или вращающимся якорем. Машины большой мощности для удобства отвода электрической энергии со статора или подвода ее выполняют с неподвижным якорем. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3-3%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух колец не вызывает особых затруднений.
Рис. Синхронная машина с неподвижным якорем.
Синхронную машину с вращающимся якорем и неподвижным индуктором называют обращенной.
Рис. Синхронная машина с вращающимся якорем.
В машине с неподвижным якорем применяют две конструкции ротора: явнополюсную – с явно выраженными полюсами и неявновыраженную – с неявно выраженными полюсами.
Явнополюсный ротор обычно используют в машинах с четырьмя (тихоходные машины) и большим числом полюсов. Обмотку возбуждения выполняют в этом случае в виде цилиндрических катушек прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках полюсов и укрепляют при помощи полюсных наконечников.
Двух- и четырехполюсные мащины большой мощности, работающие при частоте вращения ротора 1500 и 3000 мин-1, изготовляют, как правило, с неявнополюсным ротором. Применение в них явнополюсного ротора невозможно по условиям обеспечения необходимой механической прочности крепления полюсов и обмотки возбуждения. Обмотку возбуждения в такой машине размещают в пазах сердечника ротора, выполненного из массивной стальной поковки, и укрепляют немагнитными клиньями.
§2. Принцип действия синхронной машины.
Статор 1 синхронной машины выполнен так же, как и асинхронной: на нем расположена трехфазная обмотка 3. Обмотку ротора 4, которая питается от источника постоянного тока, называют обмоткой возбуждения, т.к. она создает в машине магнитный поток возбуждения. Вращающуюся обмотку ротора соединяют с внешним источником постоянного тока посредством контактных колец 5 и щеток 6.
1 – статор;
2 – ротор;
3 – обмотка якоря;
4 – обмотка возбуждения;
5 – контактные кольца;
6 – щетки.
Рис. Электромагнитная схема синхронной машины.
Рис. Схема включения синхронной машины.
При вращении ротора 2 с некоторой частотой n2поток возбуждения пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в ее фазах переменную э.д.с. Е, изменяющуюся с частотой
.
Если обмотку статора подключить к какой-либо нагрузке, то протекающий по этой обмотке многофазный ток Iасоздаст вращающееся магнитное поле, частота вращения которого
.
Из этих выражений следует, что n1=n2, т.е. ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. По этой причине рассматриваемую машину называют синхронной. В такой машине результирующий магнитный поток Фрезсоздается совместным действием м.д.с. обмотки возбуждения и обмотки статора и результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор.
В синхронной машине обмотку, в которой индуктируется э.д.с. и протекает ток нагрузки, называют обмоткой якоря, а часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения – индуктором. Следовательно, в машине, выполненной по конструктивной схеме представляемой на рисунке, статор является якорем, а ротор – индуктором. С точки зрения принципа действия и теории работы машины безразлично вращается якорь или индуктор, поэтому в некоторых случаях применяют синхронные машины с обращенной конструктивной схемой: обмотка якоря, к которой подключена нагрузка, расположена на роторе, а обмотка возбуждения, питаемая постоянным током, на статоре.
Синхронная машина может работать автономно в качестве генератора, питающего подключенную к ней нагрузку, или параллельно с сетью, к которой присоединены другие генераторы. При работе параллельно с сетью она может отдавать или потреблять электрическую энергию, т.е. работать генератором или двигателем.
При подключении обмотки статора к сети с напряжением Uси частотойf1протекающий по обмотке ток создает, также как в асинхронной машине, вращающееся магнитное поле, частота вращения которого определяетсяn1. В результате взаимодействия этого поля с токомIв, протекающим по обмотке ротора, создается электромагнитный момент М, который при работе машины в двигательном режиме является вращающим, а при работе в генераторном режиме – тормозным. Таким образом, в рассматриваемой машине в отличии от асинхронной поток возбуждения (холостого хода) создается обмоткой постоянного тока, расположенной на роторе. Поэтому в установившихся режимах ротор неподвижен относительно магнитного поля и вращается вместе с ним с частотой вращенияn1=n2, независимо от механической нагрузки на валу ротора или электрической нагрузки. Таким образом, синхронная машина имеет следующие особенности, характерные для установившихся режимов работы:
а) ротор машины, работающий как в двигательном, так и в генераторном режимах вращается с постоянной частотой, равной частоте вращающегося магнитного поля, т.е. n2=n1;
б) частота изменения э.д.с. Е, индуктируемой в обмотке якоря, пропорциональна частоте вращения ротора;
в) в обмотке ротора э.д.с. не индуктируется, а ее м.д.с. определяется только током возбуждения и не зависит от режима работы.