- •Часть 1
- •Предисловие
- •Введение
- •Основные физические законы функционирования электрических машин
- •Общие вопросы машин постоянного тока
- •2.1. Принцип действия машин постоянного тока
- •2.2. Конструкция машин постоянного тока
- •2.3. Обмотки якоря машин постоянного тока
- •2.3.1. Принципы реализации обмотки якоря и основные понятия
- •2.3.2. Простая петлевая обмотка
- •2.3.3. Простая волновая обмотка
- •2.3.4. Сложная волновая обмотка
- •2.3.5. Сложноволновая обмотка
- •2.4. Эквипотенциальные соединения обмоток якоря
- •2.5. Способы создания магнитного поля или способы возбуждения машин постоянного тока
- •2.6. Эдс якорной обмотки машин постоянного тока
- •2.7. Механический момент на валу машины постоянного тока
- •2.8. Магнитное поле машины постоянного тока, работающей в режиме холостого хода
- •2.9. Магнитное поле нагруженной машины постоянного тока. Реакция якоря
- •2.10. Коммутация обмотки якоря машин постоянного тока
- •Двигатели постоянного тока
- •3.1. Принцип действия двигателей постоянного тока
- •3.2. Основные уравнения двигателя постоянного тока
- •3.3. Потери и коэффициент полезного действия двигателей постоянного тока
- •3.4. Характеристики двигателей постоянного тока
- •3.4.1. Характеристики двигателей с независимым и параллельным возбуждением
- •3.4.2. Характеристики двигателей с последовательным возбуждением
- •3.4.3. Характеристики двигателей постоянного тока смешанного возбуждения
- •3.5. Пуск двигателей постоянного тока
- •3.6. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- •3.6.1. Регулирование частоты вращения двигателей с параллельным, независимым и смешанным возбуждением
- •3.6.2. Регулирование частоты вращения двигателя с последовательным возбуждением
- •Генераторы постоянного тока
- •4.1. Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения
- •4.2. Энергетическая диаграмма генераторов постоянного тока
- •4.3. Основные характеристики генераторов постоянного тока
- •4.4. Характеристики генератора с независимым возбуждением
- •4.4.1. Характеристика холостого хода
- •4.4.2. Нагрузочная характеристика генератора
- •4.4.3. Внешняя характеристика
- •4.4.4. Регулировочная характеристика
- •4.4.5. Характеристика полного падения напряжения
- •4.5. Рабочая точка нагруженного генератора
- •4.6. Характеристики генератора с параллельным возбуждением
- •4.6.1. Условия самовозбуждения генераторов
- •4.6.2. Характеристика холостого хода
- •4.6.3. Нагрузочная характеристика
- •4.6.4. Внешняя и регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением
- •4.7. Генераторы с последовательным возбуждением
- •4.8. Генераторы постоянного тока со смешанным возбуждением
- •4.9. Использование генераторов постоянного тока
- •4.10. Параллельная работа генераторов
- •Трансформаторы
- •5.1. Принцип действия трансформаторов
- •5.2. Конструкция однофазных трансформаторов
- •5.3. Потери электрической энергии в трансформаторе и коэффициент полезного действия трансформатора
- •5.4. Режим холостого хода трансформатора
- •5.5. Работа трансформатора в режиме нагрузки
- •5.6. Приведенный трансформатор и его схема замещения
- •5.7. Экспериментальное определение параметров трансформатора
- •5.8. Изменение выходного напряжения трансформатора при изменении тока нагрузки. Внешняя характеристика трансформатора
- •5.9. Внешняя характеристика трансформаторов
- •5.10. Трехфазные трансформаторы. Принцип действия трехфазных трансформаторов
- •5.11. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов
- •5.12. Специальные трансформаторы
- •5.12.1. Автотрансформаторы
- •5.12.2. Измерительные трансформаторы
- •5.13. Параллельная работа трансформаторов
- •Асинхронные машины
- •6.1. Магнитные поля асинхронных двигателей. Вращающееся магнитное поле
- •6.2. Эллиптические и пульсирующие магнитные поля
- •6.3. Принцип действия асинхронного двигателя
- •6.4. Конструкция асинхронного двигателя
- •6.5. Обмотки асинхронных машин
- •6.6. Электродвижущие силы статорной и роторной обмоток
- •6.7. Магнитный поток асинхронных машин
- •6.8. Векторная диаграмма асинхронного двигателя
- •6.9. Электрическая схема замещения асинхронного двигателя
- •6.10. Энергетические процессы асинхронной машины
- •6.11. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
- •6.12. Общее уравнение вращающего момента асинхронной машины
- •6.13. Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя
- •6.14. Формула Клосса
- •6.15. Эквивалентная схема замещения асинхронной машины с намагничивающей цепью, приведенной к сетевым зажимам
- •6.16. Круговая диаграмма асинхронной машины. Построение диаграммы
- •6.17. Анализ круговой диаграммы
- •6.18. Пуск трехфазных асинхронных двигателей
- •6.19. Пуск двигателей с фазным ротором
- •6.20. Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором
- •6.21. Двигатели со специальной роторной обмоткой и улучшенными пусковыми характеристиками
- •6.22. Способы регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя
- •6.22.1. Изменение частоты вращения с помощью изменения числа пар полюсов
- •6.22.2. Изменение частоты вращения двигателя изменением частоты сети
- •6.22.3. Регулирование частоты вращения ротора асинхронных двигателей изменением сопротивления роторной цепи
- •6.23. Рабочие характеристики асинхронных двигателей
- •Зависимость скорости вращения ротора двигателя от выходной мощности
- •Зависимость механического момента на валу двигателя от выходной мощности
- •Зависимость кпд двигателя от выходной мощности
- •Зависимость коэффициента потребляемой мощности от нагрузки (рис. 6.59)
- •Зависимость потребляемой двигателем мощности от выходной мощности
- •Зависимость скольжения двигателя от выходной мощности
- •6.24. Работа асинхронного двигателя в различных режимах
- •6.25. Работа асинхронной машины с фазным ротором в режиме регулятора трехфазного напряжения
- •6.26. Однофазные асинхронные двигатели
- •6.27. Маркировка выводов асинхронного двигателя
- •Синхронные генераторы
- •7.1. Принцип действия синхронных машин
- •7.2. Конструкция синхронной машины
- •7.3. Режим холостого хода генератора
- •7.4. Реакция якоря синхронной машины
- •7.4.1. Физическая природа реакций якоря
- •7.4.2. Реакция якоря в неявнополюсной машине
- •7.4.3. Реакция якоря в явнополюсной машине. Теория двух реакций
- •7.5. Векторные диаграммы напряжений трехфазного синхронного генератора
- •7.5.1. Диаграмма электродвижущих и намагничивающих сил трехфазных синхронных генераторов с неявно выраженными полюсами
- •7.5.2. Векторная диаграмма эдс трехфазного синхронного генератора с явно выраженными полюсами (диаграмма Блонделя)
- •7.6. Изменение напряжения на выходе синхронного генератора
- •7.6.1. Синхронное сопротивление
- •7.6.2. Изменение напряжения на выходе генератора при изменении нагрузки
- •7.7. Основные характеристики синхронного генератора
- •7.7.1. Характеристика холостого хода
- •7.7.2. Характеристика короткого замыкания
- •7.7.3. Нагрузочная характеристика
- •7.7.4. Внешние характеристики
- •7.7.5. Регулировочные характеристики генератора
- •7.8. Включение в сеть трехфазных генераторов или параллельная работа генераторов переменного тока
- •7.9. Угловые характеристики синхронных генераторов
- •7.10. Мощность синхронизации и момент синхронизации
- •7.11. Влияние тока возбуждения на режим работы синхронного генератора
- •7.12. Потери энергии и коэффициент полезного действия синхронного генератора
- •Синхронные двигатели
- •8.1. Принцип действия синхронных двигателей
- •8.2. Векторная диаграмма напряжений синхронного двигателя
- •8.3. Мощность и механический момент синхронного двигателя
- •8.5. Характеристики синхронного двигателя
- •8.6. Методы пуска синхронных двигателей
- •8.7. Синхронные компенсаторы
- •8.8. Способы возбуждения синхронных машин
- •Заключение
- •Список литературы
- •Оглавление
- •440026, Пенза, Красная, 40.
2.3.1. Принципы реализации обмотки якоря и основные понятия
Для укладки обмотки якоря в барабане магнитопровода выполняются продольные пазы. Форма и количество реальных пазов различны и зависят от мощности машины, способа изоляции и типа обмотки якоря. В любом случае вся обмотка якоря делится на отдельные секции, содержащие некоторое количество витков и имеющие определенную форму, удобную для укладки в пазы.
Каждая секция имеет две активные стороны, находящиеся непосредственно в пазах (рис. 2.7, стороны 1 и 2), фронтальные стороны, не участвующие в процессе преобразования энергии (см. рис. 2.7, стороны 3 и 4), и выводы, предназначенные для подключения секции к пластинам коллектора.
1
3
3
4
4
2
Рис. 2.7
Формы секций зависят от типа обмотки. В случае простой петлевой обмотки выводы секций соединяются с соседними коллекторными пластинами, поэтому расстояние между концами секций определяется расстоянием между соседними пластинами (рис. 2.8, а).
Рис. 2.8
В случае простой волновой обмотки форма секций должна предусматривать подключение к пластинам, расположенным на определенном расстоянии друг от друга (рис. 2.8, б).
Как указывалось ранее, число витков секций зависит от количества проводников обмотки якоря, общего количества секций обмотки якоря и количества коллекторных пластин. Если обмотка должна содержать N проводников при количестве коллекторных пластин, равном K и S секций, то:
количество витков обмотки равно ;
количество секций равно числу коллекторных пластин , так как каждая секция имеет два конца, и к каждой коллекторной пластине подсоединяются два конца различных секций. Тогда число витков одной секции равно
или .
Активные стороны секций должны быть расположены по поверхности якоря таким образом, чтобы в них наводилась максимальная величина электродвижущей силы. Это будет тогда, когда расстояние между ними будет равно расстоянию между осями полюсов по поверхности якоря. Если одну активную сторону секции расположить на оси северного полюса, то вторая активная сторона должна находиться на оси южного полюса машины или рядом с ней. Для упрощения понимания технологии составления схем обмоток, необходимо ввести некоторые дополнительные определения.
Первым частичным шагом обмотки называют расстояние между двумя активными сторонами одной и той же секции, выраженное в элементарных пазах (рис. 2.9).
Рис. 2.9
Вторым частичным шагом обмотки называют расстояние, выраженное в элементарных пазах, между второй активной стороной первой секции и первой активной стороной второй секции, если секции соединены последовательно.
Полным шагом обмотки y называют расстояние между двумя активными сторонами соседних секций, находящимися под одноименными полюсами и выраженное в элементарных пазах.
Шагом по коллектору yc называют расстояние между двумя коллекторными пластинами, к которым подключается секция, выраженная в интервалах между коллекторными пластинами.
Полюсным шагом называют число, равное числу элементарных пазов, приходящееся на один полюс машины.
В теории электрических машин используют понятие полюсного деления, численно равного пространственному углу поперечного сечения машины, приходящемуся на один полюс. Этот угол равен , где число пар полюсов машины.
Обмотки якорей машин постоянного тока бывают правоходовыми и левоходовыми. Для пояснения этих понятий необходимо пронумеровать пластины коллектора. Располагают якорь машины так, чтобы коллектор был бы со стороны монтажника. Нумерацию коллекторных пластин следует вести слева направо (см. рис. 2.9). Если при укладке секции петлевой обмотки или после первого обхода пазов ротора волновой обмотки отпайка секции производится на пластину, расположенную справа от начальной пластины, то имеет место правоходовая обмотка. Если отпайка производится на пластину, расположенную слева от исходной, то такая обмотка называется левоходовой. На рис. 2.9, а представлена часть правоходовой петлевой обмотки, а на рис. 2.9, б часть левоходовой петлевой обмотки. При конструировании машин постоянного тока чаще используются правоходовые обмотки.
Надежность электрических машин постоянного тока в большей степени зависит от надежности якоря, который работает в достаточно тяжелых условиях. Обмотка якоря в большей степени подвержена механическим и электрическим перегрузкам. Механические перегрузки определяются вращением и вибрацией якоря. Электрические перегрузки связаны с прохождением больших токов по якорной обмотке. Наибольшие проблемы создает обслуживание коллекторов машин постоянного тока, однако аварийные ситуации возникают чаще всего из-за обмоток якоря. Для ремонта машин постоянного тока необходимо уметь анализировать обмотки.
Задача анализа обмоток заключается в следующем:
а) следует понять способ определения геометрических размеров секций обмоток,
б) понять основные принципы укладки обмоток,
в) определить способ расположения секций в пазах,
г) освоить основные правила присоединения концов секций к пластинам коллектора.