19 Принцип действия электрических машин и электромеханическое преобразование энергии.

Электрическая машина – это электромеханический преобразователь энергии. В основе принципа действия лежит закон электромагнитной индукции. При движении проводника в магнитном поле в проводнике индуцируется ЭД. (1)

Направление ЭДС определяется по правилу левой руки. При замыкании проводника во внешнюю цепь в нем течет ток i, имеющий такое же называние, что и ЭДС. При взаимодействии проводника с током с магнитным полем на проводник действует сила F_эм, направление которой определяется правилом левой ру

. (2)

Сила F_эм направлена навстречу силе F, которая приложена к проводнику для его движения. При равновесии

F_эм=F. (3)

Умножим на скорость м V_a

F_эм∙V_a=F∙V_a.

Вместо F_эм подставим ее значение из (2), а вместо V_a е значение из

Отсюда следует, что в генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую.

Если через проводник пропустить ток i от внешнего источника, то возникает электромагнитная сила F_эм, под действием которой проводник придет в движение со скорость V_a. Направление движения определяется по правилу левой руки. При перемещении проводника в нем наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Она направлена против тока i

Электрическая мощность преобрауется в механическую.

Конструктивная схема электрической машины: статор, ротор, подшипниковые щиты, подшипники. На статоре обмотка статора на роторе обмотка ротора. Обмотка, в которой индуцируется основная ЭДС, называется якорем. Она может быть как на статоре, так и на роторе. Другая обмотка называется обмоткой возбуждения.

Классификация электромашин:

– генераторы и электродвигатели;

– машины постоянного и переменного тока;

– МПТ с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением;

– машины переменного тока синхронные и асинхронные;

Все электромашины обратимые. Отдельное место занимают трансформаторы. В них происходит преобразование энергии одного назначения в другое. Подвижных частей нет, но протекают такие же электромагнитные процессы.

20 Обмотки машин переменного тока.

Обмотки располагаются в пазах (рисунок 1).

Машины до 100 кВт– пазы трапецеидальной или грушевидной формы полузакрытые со стороны зазора.

Машины свыше 100 кВт– пазы прямоугольной формы.

Рисунок 1 – Пазы

Машины до 100 кВт – всыпные обмотки из круглого изолированного провода. Пазы выкладывают изоляционными коробами в один или несколько слоев. После укладки проводников их пропитывают лаком.

Машины свыше 100 кВт – обмотки из жестких секций (катушек), которые наматывают на шаблоны и укладывают в прямоугольные пазы. Обычно используется прямоугольный обмоточный провод.

Машины свыше 100 кВт и напряжением менее 660 В в пазу укладывают по две секции по ширине и по высоте. Пазы делают полузакрытые.

5 Классификация обмоток

Обмотки состоят из секций, секции бывают одновитковые и многовитковые (рисунок 2).

Рисунок 2 – Секции обмоток

Часть секции, которая укладывается в пазы, называется пазовой или активной, часть секции вне паза – лобовая. Ширина секции – это шаг обмотки у (рисунок 2). Чтобы было суммирование ЭДС проводников двух активных сторон секции, их располагают под полюсами разной полярности. Поэтому шаг обмотки у равен полюсному делению τ_п. Шаг и полюсное деление задаются в зубцовых делениях (длина дуги между серединами соседних зубцов). Шаг у равен числу зубчатых делений между началом и концом секции. Если у=5, то начало секции в первом пазу, а конец в шестом (1+5). Шаг у всегда целое число. Полюсное деление τ_п – число зубцовых делений между серединами соседних полюсов. τ_п – любое число (целое или дробное).

Если у=τ_п=Z/2p, то обмотка с диаметральным шагом (Z – общее число зубцов на статоре). Если у<τ_п, то обмотка с укороченным шагом. Обычно , т.к. при этом форма кривой ЭДС близка к синусоидальной.

По расположению секционных сторон различают однослойные и двухслойные обмотки. В первом случае в пазу только одна секционная сторона, во втором – две. Обычно применятся двухслойные обмотки.

Обмотки машин переменного тока состоят из нескольких самостоятельных частей, каждая из которых есть разомкнутая система последовательно соединенных проводников. Каждая часть называется обмоткой фазы. Обычно используют трехфазные обмотки.

Обмотка каждой фазы выполняется распределено, т.е. на каждом полюсном делении размещается в нескольких соседних пазах. Число пазов на полюс и фазу определяется выражением

,

где q – целое число, равное 2…6 (в крупных машинах бывает дробным);

Z – число зубцов;

р – число пар полюсов;

m – число фаз.

Соседние q катушек (секций) одной фазы соединятся между собой последовательно и образуют катушечную группу. Катушечные группы каждой фазы соединяются последовательно или последовательно-параллельно (образуются параллельные ветви обмотки).

По конфигурации катушек и последовательности соединения их друг с другом обмотки делятся на петлевые и волновые (рисунок 3). Больше распространены петлевые обмотки.

Волновые обмотки – крупные гидрогенераторы при W_k=1 и роторы АО. Такая обмотка называется также стержневой. Чтобы не было поверхностного дефекта, изменяется транспозиция отмоток.