- •Часть 1. Тема «Законы постоянного тока» 10
- •Часть 2. Электромагнетизм 27
- •Часть 3. Переменный ток (краткая теория) 44
- •Часть 4. Трехфазный ток 76
- •Часть 5. Трансформаторы 98
- •Часть 6. Электрические машины 128
- •Часть 7. Практическая работа: Расчет стоимости электроэнергии 174
- •Указания к выполнению и оформлению контрольных работ
- •Выбор вариантов задач контрольной работы
- •Содержание учебной дисциплины
- •Раздел 1 Электрическое поле. Электрические цепи постоянного тока
- •Раздел 2. Электромагнетизм и электромагнитная индукция
- •Раздел 3. Электрические измерения и электротехнические приборы
- •Раздел 4. Электрические цепи переменного однофазного тока
- •Раздел 5. Трехфазные электрические цепи
- •Раздел 6. Трансформаторы
- •Раздел 7. Электрические машины переменного и постоянного тока
- •Раздел 8. Основы электроники. Полупроводниковые приборы
- •1.1 Закон Ома для участка и полной цепи
- •1.2. Последовательное и параллельное соединение проводников
- •Последовательное соединение
- •Общее напряжение u на проводниках равно сумме напряжений u1, u2 ,u3 равно:
- •Параллельное соединение
- •1.3. Расчет сложных цепей. Правила Кирхгофа
- •1.4. Пример на запись уравнений по законам Кирхгофа
- •1.5. Уравнение баланса мощностей
- •1.6. Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра
- •1.7. Примеры решения задач
- •1.7.1. Пример 1
- •1.7.2. Пример 2
- •1.7.3. Пример 3
- •1.5. Задания к контрольной работе Задачи вариантов 1 – 10, 11 – 20, 21-30
- •Задачи вариантов 31- 40, 41 – 50
- •Часть 2. Электромагнетизм
- •2.1. Основные формулы и уравнения
- •Взаимодействие проводников с током. Электромагнит.
- •Напряженность магнитного поля. Магнитное напряжение.
- •Закон полного тока.
- •Индуктивность
- •Энергия магнитного поля
- •Взаимная индукция
- •2.2. Вопросы по теме «Магнитные свойства вещества»
- •1 Вариант
- •2 Вариант
- •3 Вариант
- •2.3. Характеристики намагничивания стали
- •2.4. Расчет магнитной цепи
- •Теоретическая часть
- •2.5. Задача на расчет магнитной цепи Задача 1. Прямая задача расчета мц
- •Порядок расчета.
- •Задача 2. (обратная задача расчета мц)
- •2.6. Задания вариантам практической работе «Расчет магнитных цепей»
- •Часть 3. Переменный ток (краткая теория)
- •3.1. Получение синусоидальной эдс
- •3.2. Характеристики синусоидальных величин
- •3.3. Цепь переменного тока с активным сопротивлением
- •3.4. Цепь с катушкой индуктивности
- •3.5. Цепь с конденсатором
- •3.6. Основные формулы и уравнения
- •3.7. Задачи с решениями по теме
- •3.8. Методические указания к решению задач
- •Общее решение типовых задач
- •3.9. Примеры задачи при последовательном соединении Особенности расчета цепи при другой комбинации элементов схемы
- •3.10. Порядок построения диаграммы
- •3.11. Расчет параллельных цепей переменного тока
- •3.12. Пример задачи параллельного соединения
- •Решение.
- •Построение векторной диаграммы
- •3.13. Практическая работа
- •3.14. Задания по теме «Синусоидальный переменный ток» Задачи вариантов 1 -10
- •Задачи вариантов 11-20
- •3Адачи вариантам 21 – 30
- •Задачи вариантам 31- 40
- •Задачи вариантов 41 – 50
- •Часть 4. Трехфазный ток
- •4.1. Трехфазный ток (краткая теория)
- •4.1.1. Трехфазные системы
- •4.1.2. Схемы соединения трехфазных систем
- •Соединение обмоток генератора звездой
- •2. Соотношение между линейными и фазными напряжениями при соединении обмоток генератора звездой
- •3. Соединение обмоток генератора треугольником
- •4. Соединение приемников энергии звездой
- •4.2. Методические указания по теме «Трехфазные электрические цепи»
- •4.3. Пример решения задачи по схеме «звезда»
- •4.4. Пример решения задачи по схеме «треугольник»
- •Решение.
- •Порядок построения векторной диаграммы
- •4.5. Задания контрольной работе Задачи вариантов 1 -10
- •Задачи вариантов 11 – 20
- •Задачи вариантов 21 – 30
- •Задачи вариантов 31 – 40
- •Задачи вариантов 41 – 50
- •Часть 5. Трансформаторы
- •5.1. Устройство, назначение, принцип работы, применение
- •5.1. 1. Назначение и применение
- •5.1.2. Устройство трансформатора
- •5.1. 3. Нагрев и охлаждение трансформаторов
- •5.1.4. Формула трансформаторной эдс
- •5.1.5. Принцип действия. Коэффициент трансформации
- •5.1.6. Холостой ход однофазного трансформатора
- •5.1.7. Работа нагруженного трансформатора и диаграмма магнитодвижущих сил
- •5.1.8. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке
- •5.1.9. Мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора
- •5.1.10. Трехфазные трансформаторы
- •5.1.11. Регулирование напряжения трансформаторов
- •5.1.12. Автотрансформаторы
- •5.1.13. Измерительные трансформаторы
- •5.1.14. Сварочные трансформаторы
- •5.2. Расчет трансформатора
- •5.2.1. Номинальные значения
- •5.2.2. Пример по схеме «звезда» (однофазный трансформатор)
- •5.2. 3. Пример задачи трехфазного трансформатора
- •5.3. Задания контрольной работе Задачи вариантов 1 – 10 (однофазный понижающий трансформатор)
- •Задачи вариантам 11-20
- •Технические данные трансформатора
- •Часть 6. Электрические машины
- •6.1. Электрические машины переменного тока (теория)
- •6.1.1. Назначение и их классификация.
- •6.1.2. Вращающееся магнитное поле
- •2. Подключить к катушкам несовпадающие по фазе токи.
- •6.1.3. Устройство трехфазных асинхронных двигателей
- •6.1.4. Принцип действия асинхронного двигателя
- •6.1.5. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
- •6.1.6. Однофазные асинхронные двигатели
- •1. Однофазный двигатель не имеет пускового момента. Он будет вращаться в ту сторону, в которую раскручен внешней силой.
- •6.1.7. Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей
- •6.2. Электрические машины постоянного тока
- •6.2.1. Устройство машин постоянного тока
- •6.2.2. Принцип действия машины постоянного тока
- •6.2.3. Электродвижущая сила якоря и электромагнитный момент
- •6.2.4. Генераторы постоянного тока
- •6.2.5. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением
- •6.2.6. Общие сведения о двигателях с последовательным и смешанным возбуждением
- •6.2.7. Коллекторные двигатели переменного тока
- •6.2.7. Синхронные двигатели. Конструкция, принцип действия
- •6.3. Методические указания и задачи
- •6.3.1. Расчет генератора постоянного тока
- •Решение
- •6.3.2. Расчет двигателя постоянного тока
- •Решение
- •6.3. 3. Расчет двигателей переменного тока
- •Пример расчета двигателя
- •Решение
- •6.3.4. Расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
- •6.4. Задания контрольных работ Задачи вариантов 1 - 10
- •Задачи вариантов 11 - 20
- •Задачи вариантам 21 - 30
- •Часть 7. Практическая работа: Расчет стоимости электроэнергии
- •Часть 8. Электробезопасность
- •8.1. Защитное заземление и зануление на строительных площадках
- •Возможные прикосновения
- •2. Режим нейтрали трансформатора
- •3. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью
- •4. Защитное заземление и зануление
- •5. Защитное зануление
- •Первое требование
- •Второе требование
- •8.2. Общие требования к заземляющим устройствам
- •Естественные и искусственные заземлители
- •8.3. Заземление и зануление передвижных установок и переносных электроинструментов
- •8.4. Правила эксплуатации защитного заземления и зануления
- •Часть 9. Практическая работа. Тема. Выбор типа электродвигателя
- •2. Режимы работы
- •3.Выбор двигателей для различных режимов работы
- •3.1.Продолжительный режим работы
- •3.2.Повторно-кратковременный режим работы
- •3.3. Кратковременный режим работы
- •1.4. Определить моменты двигателя
- •2.3. Определяется расчетная продолжительность включения:
- •Задания контрольной работы
- •Технические данные асинхронных двигателей основного исполнения
- •Часть 10. Экзаменационные вопросы по электротехнике
- •10.1. Критерии оценивания
- •10.2. Экзаменационные вопросы
- •Литература
6.1.7. Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей
Устройство асинхронного двигателя соответствуетизображению на рис.1. Вращающееся магнитное поле, создаваемое расположенными на статоре обмотками с током, взаимодействует с токами ротора, приводя его во вращение. Наибольшее распространение в настоящее время получиласинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором ввиду своей простоты и надежности.В пазах ротора такой машины размещены токонесущие медные или алюминиевые стержни. Концы всех стержней с обоих торцов ротора соединены медными или алюминиевыми же кольцами, которые замыкают стержни накоротко. Отсюда и произошло такое название ротора.
В короткозамкнутой обмотке ротора под действием ЭДС, вызываемой вращающимся полем статора, возникают вихревые токи. Взаимодействуя с полем, они вовлекают ротор во вращение со скоростью ω, принципиально меньшей скорости вращения поля0. Отсюда название двигателя - асинхронный.
Величина S = называетсяотносительным скольжением. Для двигателей нормального исполненияS=0,02…0,07.Неравенство скоростей магнитного поля и ротора становится очевидным, если учесть, что приω =ω0 вращающееся магнитное поле не будет пересекать токопроводящих стержней ротора и, следовательно, в них не будут наводиться токи, участвующие в создании вращающегося момента.
Принципиальное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в исполнении ротора.Ротор усинхронного двигателя представляет собоймагнит, выполненный (при относительно небольших мощностях) на базе постоянного магнита или на основе электромагнита. Поскольку разноименные полюсы магнитов притягиваются, товращающееся магнитное поле статора, которое можно интерпретировать как вращающийся магнит,увлекает за собой магнитный ротор, причем ихскорости равны. Это объясняет название двигателя –синхронный.
В отличие от асинхронногодвигателя,cosφ, у которого обычно не превышает0,8…0,85, усинхронного двигателя можно добитьсябольшего значенияcosφ и сделать даже так, чтоток будет опережать напряжение по фазе.В этом случае, подобно конденсаторным батареям, синхронная машина используетсядля повышения коэффициента мощности.
6.2. Электрические машины постоянного тока
6.2.1. Устройство машин постоянного тока
Машины постоянного тока уступают более простым, надежным и дешевым машинам переменного тока, однако в ряде областей техники они незаменимы.
Двигатель постоянного тока изобрел в 1834 г. русский электротехник Б. С. Якоби. В 1838 г. он был использован в качестве привода на моторной лодке, питающейся от батареи гальванических элементов. Генератор постоянного тока появился позже - в 1870 г.
Двигатель постоянного тока обладает перед другими двигателями такими преимуществами, как плавное регулирование частоты вращения и создание большого пускового момента при пуске. Создание большого пускового момента используется на электротранспорте. Двигатели постоянного тока применяются в автоматических устройствах в качестве измерителей частоты, преобразователей сигналов, исполнительных двигателей и т. д.
Генераторы постоянного тока используют как источник постоянного тока при питании электролитических ванн, зарядки аккумуляторов, высококачественной сварки и т. д.
Изготавливают машины постоянного тока в диапазоне мощностей − от десятков ватт до тысяч киловатт, напряжений от нескольких вольт до десятков тысяч вольт, частот вращения −от нескольких десятков оборотов в минуту до десятков тысяч.
Электрическая машина постоянного тока состоит основных частей: неподвижнойчасти статора с магнитными полюсами (индуктора) ивращающейсячасти (якоря с барабанной обмоткой и коллектором) и щеточно-коллекторного устройства.
Рис. 12
На рис. 12. изображена конструктивная схема машины постоянного тока. Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток.
Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине. Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5. Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.
Основными узлами машин постоянного тока являются статор с магнитными полюсами, якорь с обмоткой и коллектором и щеточно-коллекторное устройство. Основные элементы машины показаны на рис. 13.
Статор служит для создания основного магнитного поля машины и представляет собой станину 1 с укрепленными на внутренней поверхности основными 3. У машин малой мощности станина выполняется из толстой листовой стали, а у машин большой мощности она отливается. Статор составляет основу всей машины и выполняет функцию магнитопровода.
Рис.13. Машина постоянного тока. Общий вид в разрезе.
На полюса насаживаются катушки 2, образующие обмотку возбуждения машины. Для уменьшения вихревых токов полюса набирают из стальных пластин. Полюса снабжают полюсными наконечниками с целью создания магнитной индукции под полюсами, близкими по форме к трапеции. У машин малой мощности магнитные полюса представляют собой постоянные магниты. У машин средней и большой мощности между основными полюсами размещают дополнительные полюса.
Якорь машины 4 представляет собой обмотку из изолированного провода, уложенного в пазы сердечника, набранного из дисков электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов диски между собой изолируются.
Коллектор 7 представляет собой цилиндр, набранный из медных изолированных пластин, соединенных с проводниками обмотки якоря. Коллектор насаживается на вал якоря и изолируется от него. Служит коллектор для преобразования переменной ЭДС в проводниках обмотки якоря в постоянную ЭДС на щетках 5 генератора или для преобразования постоянного тока, подводимого к щеткам двигателя из сети, в переменный ток в проводниках обмотки якоря двигателя.
При вращении якоря по коллектору скользят неподвижные щетки 5. Они крепятся в щеткодержателях и служат для снятия напряжения с якоря или подачи тока в якорь машины. Щетки бывают графитовые и медно-графитовые. К торцам станины прикрепляются подшипниковые щиты 6 с шариковыми или роликовыми подшипниками, в которых вращается вал якоря с коллектором.
В машинах постоянного тока применяется барабанная обмотка якоря, предложенная П. Н. Столетовым. При такой обмотке проводники размещаются на поверхности сердечника в виде отдельных секций. Барабанная обмотка может быть петлевой или волновой.
а) При петлевой обмотке начало и конец секции обмотки присоединяются к двум соседним пластинам коллектора. К первой пластине подсоединяются начало первой секции и конец последней, ко второй пластине коллектора - конец первой и начало второй, к третьей - конец второй и начало третьей и т. д.)
Рис. 14. Петлевая обмотка
Таким образом, при петлевой обмотке осуществляется поступательно-возвратный обход пазов проводом. Петлевая обмотка называется еще параллельной, так как она разбивается на параллельные ветви, число которых равно числу пар полюсов.
б) Волновая обмотка выполняется следующим образом: за концом первой секции следует начало второй, за концом второй - начало третьей и т. д. (рис.15). В этом случае осуществляется только поступательное движение, т. е. нет обратного хода проводника. Рис. 15. Волновая обмотка
К каждой пластине коллектора подключается конец предыдущей секции и начало последующей, пока цепь не будет замкнута. При такой обмотке, независимо от количества пар полюсов, якорная обмотка представляет собой параллельную цепь из двух ветвей.