- •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.
§5. Простая петлевая обмотка.
у1=- первый частичный шаг;
zэ– элементарный паз;
у1=τ – полный шаг;
у1<τ – укороченный шаг;
у1>τ – удлиненный шаг
у2– второй частичный шаг;
у=у1-у2– результирующий шаг для правоходов, для левоходов у=у2-у1;
ук– шаг по коллектору;
ε – дробь, при которой у1будет целым числом.
Пример простой петлевой обмотки.
Дано: z=zэ=S=k=18; 2р=4; ук=у=±1, «+» - для правоход., «-» - для левоход.
Определяем у1=
у2= у1± у = 4±1
2а=2р; уш == 9
Рис. Развернутая схема петлевой обмотки.
§6. Простая волновая обмотка.
у1=- первый частичный шаг;
ук=- шаг по коллектору;
у2– второй частичный шаг.
Рассмотрим пример.
Дано: z=zэ=S=k=17; 2р=4.
Определяем ук=у=
у1=
у2 = у - у1 = 8 - 4 = 4
Л 10. Тема: «Магнитная цепь машины постоянного тока».
Основным магнитным потоком Фδназывается поток в воздушном зазоре δ, приходящийся на один главный полюс. Значение Фδопределяет значение индуктируемой в обмотке якоря э.д.с.
Магнитная цепь машины является симметричной цепью и расчет, как правило, проводят для одной пары полюсов. Магнитная цепь машины – нелинейная цепь.
При проектировании электрической машины расчетным путем определяют магнитную характеристику машины
Фδ=f(iв)
Магнитный поток создается индуктором. С величиной магнитного потока в воздушном зазоре связаны э.д.с. машины
Еа=
и электромагнитный момент
Мэм=
Для расчета магнитной цепи выбирают среднюю силовую магнитную линию и применяют закон полного тока
,
где Н – напряжение магнитного поля;
dl– элемент длины магнитной линии;
- полный ток, охватываемый магнитной линией.
Полное вычисление интеграла на практике затруднительно. Поэтому магнитную цепь разбивают на однородные участки: воздушный зазор (δ); зубцы якоря (hz); спинку якоря (La); полюсы (hп); ярмо (Lя) и заменяют интеграл суммой, предполагая, что на протяжении каждого участка Н постоянна. Тогда получим
2Hδδ+2Hzhz+2HaLa+2Hпhп+2HяLя=2ωвiв,
где δ, hz,La,hп,Lя– показанные на рисунке геометрические размеры, равные длинам отрезков средней магнитной линии;
Hδ,Hz,Ha,Hп,Hя– напряженности магнитного поля на соответствующих участках;
ωв– число витков обмотки возбуждения на полюс;
iв– ток возбуждения.
Отдельные члены соотношения представляют собой намагничивающие силы отдельных участков магнитной цепи, а их сумма – полную намагничивающую силу машины на пару полюсов.
2Fδ+2Fz+2Fa+2Fп+2Fя=2Fв=2ωвiв.
Поскольку магнитная цепь является нелинейной цепью, то магнитную характеристику рассчитывают путем определения суммы намагничивающих сил для ряда значений магнитного потока в воздушном зазоре.
Допустим, задались какой-то величиной магнитного потока Фδ. Далее определяем намагничивающую силу на выделенных участках магнитной цепи:
а) Воздушный зазор
Вδ=, [Тл]
где вδ– расчетная полюсная дуга, которая определяется как
вδ=αδ∙τ, [м]
где αδ– коэффициент полюсной дуги (0,7. . . 0,85);
lδ=-расчетная длина воздушного зазора (длина якоря и полюса деленная на 2), м
Намагничивающая сила
, [А]
где δ – величина воздушного зазора, м
Вδ– максимальная магнитная индукция в зазоре, Тл
μ0=4π∙10-7– магнитная проницаемость воздуха, Г/м
kδ– коэффициент воздушного зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротивления зазора вследствие зубчатости поверхности якоря (kδ>1).
На практике kδрассчитывается по формуле
kδ=,
где t1=- величина зубцового деления, м
- коэффициент
б) Зубцовая зона якоря.
Магнитная индукция по высоте зубца остается непостоянной. Обычно рассчитывают для трех сечений зубца магнитную индукцию
где lδ– расчетная длина якоря;
t1– величина зубцового деления;
вz1, вz2, вz3– ширина зуба на различных сечениях;
lс– длина пакета стали якоря;
kс=0,95 – коэффициент заполнения пакета сталью.
Если величина индукции не превышает 1,8 Тл, то далее определяют среднее значение индукции и полное магнитное напряжение по формуле
2Fz=Hz∙2hz,
где Нz– определяется по кривой намагничивания стали.
Н [А/м], hz[м]
в) Полюс
При расчетах намагничивающей силы полюса следует учитывать, что обмотка возбуждения создает кроме магнитного потока Фδ еще и магнитный поток рассеяния Фσ, который охватывает обмотку возбуждения и проходит , минуя воздушный зазор между полюсными наконечниками и якорем, через сердечники полюсов и ярмо.
kσ=- коэффициент рассеяния полюсов
kσ=1,1. . . 1,25.
Магнитная индукция в сердечнике полюса
Вп=,
где lп,, вп– длина и ширина полюса, м
kс– коэффициент заполнения пакета сталью.
Намагничивающая сила полюсов
2Fп=Нп∙ 2hп,
где Нп– напряженность, определяемая по кривой намагничивания стали, А/м.
г) Сердечник якоря.
Средняя индукция в спинке якоря
Ва=, Т
По величине индукции Ваопределяют напряженность магнитного поля На[А/м] и намагничивающую силу
Fa=Ha∙La, [А]
где La=, м
д) Ярмо. Индукция в ярме
Вя=,
где lя– длина ярма в осевом направлении, м
hя– высота (толщина) ярма, м
По величине Вя, пользуясь кривой намагничивания для стали, определяют величину напряженности в ярме Ня. затем определяется намагничивающая сила
Fя=Ня∙Lя.
Длину средней магнитной линии в ярме можно вычислить по приближенной формуле
Lя=,
где hя– высота (толщина) ярма.
Намагничивающая сила на пару полюсов
2F0=2Fδ+2Fz+2Fa+2Fп+2Fя
Намагничивающая сила на всю машину
F0M=2F0∙p
Рис. Магнитная характеристика машины.