- •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.
7.4. Реакция якоря синхронной машины
7.4.1. Физическая природа реакций якоря
Магнитное поле синхронного генератора, работающего в режиме холостого хода, создается лишь намагничивающей силой обмотки возбуждения, и величина магнитного потока, как и конфигурация магнитного поля, зависит только от тока индуктора. У нагруженного генератора ток протекает не только по обмотке возбуждения, но и по обмотке якоря. Ток обмотки якоря создает свою намагничивающую силу и свою составляющую магнитного потока машины. Результирующее магнитное поле от действия намагничивающей силы обмотки возбуждения и намагничивающей силы обмотки статора будет отличаться от магнитного поля машины, работающей в режиме холостого хода.
Изменение конфигурации и интенсивности магнитного поля машины, вызванное током трехфазной обмотки якоря, называют реакцией якоря.
Генератор переменного тока может работать на нагрузку различного характера (резистивную, резистивно-индуктивную или резистивно-емкостную), поэтому следует рассмотреть реакцию якоря синхронного генератора при нагрузке различного характера. На рис. 7.8 изображены временные диаграммы ЭДС и токов при резистивной (рис. 7.8, а), индуктивной (рис. 7.8, б) и емкостной (рис. 7.8, в) нагрузке.
Рис. 7.8
В случае резистивной нагрузки ток фазной обмотки статора совпадает по фазе с ЭДС, наводимой в этой обмотке. При индуктивной нагрузке ток отстает от ЭДС на четверть периода, а в случае емкостной нагрузки ток опережает ЭДС по фазе на четверть периода.
На рис. 7.9 схематично представлено поперечное сечение синхронной четырехполюсной машины. Индуктор представлен в форме постоянного магнита, а на статоре для простоты расположены пять проводников обмотки якоря.
Рис. 7.9
Ротор вращается по часовой стрелке. В момент времени ротор будет занимать положение, указанное на рис. 7.9, а. Магнитное поле индуктора представлено пунктирными силовыми линиями. Магнитное поле проводников представлено сплошными линиями.
При таком положении ротора ЭДС будет иметь максимальное значение в проводниках 1, 3, 5, 7 (рис. 7.9, а), находящихся в данный момент времени на осях симметрии полюсов. Направление ЭДС определено по правилу правой руки с учетом того, что проводник относительно магнитного поля перемещается снизу вверх. В проводниках 1 и 5 ЭДС направлена «от нас», а в проводнике 3 «к нам». При резистивной нагрузке в этот момент времени в этих же проводниках (1, 3, 5) ток будет иметь максимальное значение. Токи проводников обмотки якоря создадут свою составляющую магнитного поля, которое представлено сплошными силовыми линиями. Магнитное поле третьего проводника будет ослаблять магнитный поток возбуждения под нижним краем южного полюса, на оси которого расположен проводник 3, и усиливать магнитное поле под другим краем того же полюса. Результирующий магнитный поток будет несколько меньше магнитного потока машины из-за нелинейности кривой намагничивания магнитопровода машины. Этот эффект уже рассматривался в теории машин постоянного тока.
Если генератор нагрузить идеальной катушкой индуктивности, то ток в проводнике 3 в момент времени будет равен нулю (рис. 7.9, б). Максимальное значение тока положительного направления будет в проводнике 2 (см. рис. 7.9, б), т. е. там, где величина ЭДС была максимальной четверть периода раньше. Сила тока будет максимальной и в проводнике 4. Направление токов в проводниках показано точкой и крестиком на сечении проводников. Как следует из рисунка, силовые линии магнитного поля проводников направлены навстречу силовым линиям магнитного поля индуктора. Магнитный поток результирующего поля будет меньше, чем магнитный поток ненагруженной машины. Следовательно, при индуктивной нагрузке ток обмотки якоря ослабляет магнитное поле машины.
При емкостной нагрузке ток якорной обмотки отстает от ЭДС на четверть периода (рис. 7.9, в) и в момент времени токи проводников 1, 3, 5 будут равны нулю. В данный момент времени ток достигает максимального значения положительного направления в проводнике 2 и 4. Силовые линии магнитного поля реакции якоря будут совпадать по направлению с силовыми линиями поля индуктора, а результирующее поле будет более интенсивным (см. рис. 7.9, в).
Таким образом, если нагрузкой генератора являются только конденсаторы, то увеличение нагрузки приводит к усилению магнитного потока генератора.