прочее / elektromekhanika

1. (5) Типы электрических машин

Эл. машина – эл. мех. преобразователи, в которых осуществляется преобразование эл. энергии в механическую или механической в электрическую.

Эл. машины:

• постоянного тока;

• переменного тока.

Эл. машины постоянного тока:

• коллекторные;

• бесколлекторные.

Эл. машины переменного тока:

• синхронные;

• асинхронные;

• коллекторные.

1. Коллекторные машины постоянного тока:

1 – полюсы (явнополюсные машины);

2 – обмотка якоря;

3 – коллектор (соединен обмоткой якоря с внешней цепью, представляет собой разрезное медное кольцо);

4 – токосъемные щиты;

5 – ярмо статора (литое);

6 – обмотка возбуждения.

Полюсы набираются из неизолированных друг от друга штампованных листов, которые стягиваются между собой шпильками и полюсы крепятся к ярму болтами. Обмотка возбуждения пропитанная изоляционным компаундом запекается и насаживается на полюс. Сердечник якоря набирается из листов эл. технической стали, изолированные друг от друга, прессуются и стягиваются шпильками.

2. Бесколлекторные машины постоянного тока: используются для получения больших токов (до 100 кА) при малых напряжениях. Коллектор отсутствует, работает при наличии скользящего контакта (щетки 1, кольца 2). Постоянный магнитный поток созданный токами обмотки возбуждения 5, замыкается на станине 3, массивному ротору 4 и двум зазорам. Постоянные токи наводятся в массивном роторе и снимается щетками.

3. Асинхронные машины переменного тока: сердечник статора 1 и ротора 2 собираются из листов эл. технической стали, которые до сборки покрываются изоляционным лаком. На внутренних цилиндрах поверхности статора и на внешней цилиндрической поверхности ротора имеются пазы, в которых размещены проводники обмоток статора и ротора. Обмотка статора выполняется 3-х фазной, присоединена к сети 3-х фазного тока. Обмотка ротора тоже выполняется 3-х фазной. Концы фаз обмотки ротора соединены в Y (это асинхронная машина с фазным ротором). Есть еще короткозамкнутый ротор: в каждом пазу находится медный или алюминиевый стержень, концы стержней с обеих сторон соединены медными и алюминиевыми кольцами, которые замыкают стержни накоротко. Асинхронные, т.к. скорость вращения ротора не равна скорости вращения поля статора скольжение.

4. Синхронные машины переменного тока: статор СМ такое же устройство, как и статор АМ.

а) явнополюсные СМ

Имеют выступающие контуры (гидрогенератор, дизель – генератор).

1 – статор (якорь);

2 – ротор (индуктор);

3 – обмотка возбуждения.

б) неявнополюсные СМ

В массивном роторе есть пазы с обмоткой возбуждения.

5. Коллекторные машины переменного тока: коллектор включается в структуру машины переменного тока в качестве преобразователя частоты, осуществляющего эл. связь разночастотных эл. цепей обмоток статора и ротора.

Трехфазная коллекторная машина включает в себя:

• статор 3-х фазный, обмотка аналогична статору АМ и СМ;

• ротор, аналогичен якорю МПТ и с такой же обмоткой соединения с коллектором.

2. (6) Характеристики синхронных эл. машин

Характеристики синхронных генераторов устанавливают функциональную зависимость между их параметрами режима – U,I и при

1. Нагрузочные характеристики:

Характеристика при называется характеристикой холостого хода.

Характеристики ХХ принято определять в относительных единицах при а за базисный ток возбуждения принимаем такое значение , при котором Такие характеристики для однотипичных генераторов оказываются примерно одинаковыми , и их принято называть нормальными.

Из семейства нагрузочных характеристик определяемых для различных значений наиболее практический интерес представляет характеристика при , которая называется индукционной нагрузочной характеристикой. Такая характеристика определяется для Эта характеристика будет идентична характеристике ХХ.

2. Внешние характеристики:

U определяется в основном результирующей ЭДС. Характер изменения этой ЭДС при изменении I определяет вид внешней характеристики. Также вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки: индуктивной (реакция якоря размагничивания), емкостной (реакция якоря намагничивания).

Важный показатель внешней характеристики – номинальное изменение напряжения т.е. изменение U при изменении нагрузки от 0 до номинального значения при неизменном токе возбуждения:

Эта величина характеризует жесткость внешней характеристики.

3. Регулировочные характеристики: определяют, как нужно изменять ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки U на зажимах генератора осталось бы неизменным. Вид характеристики также зависит от характера реакции якоря. При размагничивании реакция якоря для компенсации влияния реакции якоря на с увеличением I необходимо значительно увеличить (кривая 1). При чисто активной нагрузки (кривая 2) размагничивающая реакция якоря слабее и требует меньшее увеличение . При намагничивании реакция якоря (кривая 3) эта реакция стремиться увеличить для сохранения

4. Характеристика короткого замыкания (ХКЗ): снимается при замыкании зажимов всех фаз обмотки якоря накоротко и определяет зависимость

Отношение КЗ – отношение установившегося тока КЗ, определяемого при таком токе возбуждении при котором в режиме ХХ, при , к номинальному току якоря .

ОКЗ определяет предельную нагрузку, которую способен нести генератор при установившемся режиме работе (

5. Угловая характеристика мощности: мощность синхронной машины Р зависит от угла нагрузки между вектором ЭДС машины. Зависимость называется угловой характеристикой мощности синхронной машины. На рисунке угловая характеристика активной мощности неявнополюсного синхронного генератора.

6. Рабочая характеристика синхронного двигателя: это функциональные зависимости подводимой эл. мощности , тока якоря I, коэффициент мощности и КПД от полезной механической мощности на валу при На рисунке характеристика для перевозбудившегося двигателя. Вид характеристик определяется значением тока возбуждения.

3. (7) Трансформаторы и автотрансформаторы

Трансформатор – электромагнитный аппарат содержащий несколько индуктивно связанных эл. контуров и служащий для электромагнитного преобразования эл. энергии переменного тока одного напряжения в эл. энергию другого напряжения той же частоты.

Первичная обмотка 1, вторичная обмотка 2. Передача энергии из одной обмотки в другую производится посредством электромагнитной индукции. Для усиления электромагнитной связи между обмотками их располагают на ферромагнитном сердечнике 3, который изготовляют из листов эл. технической стали толщиной 0,35 –0,50 мм.

Возникающий под действием ток создает МДС , который возбуждает в сердечнике магнитный поток взаимоиндукции , который магнитно связывает первичную и вторичную обмотки трансформатора. Этот периодически изменяющийся поток индуцирует в обеих обмотках трансформатора ЭДС и . В результате на зажимах вторичной обмотки возникает , а если вторичная обмотка замкнута на сопротивление нагрузки, то и ток . Протекая по вторичной обмотки этот ток создает МДС , при включении нагрузки ( поток в сердечнике будет возбуждаться под действием двух МДС .

Виды трансформаторов:

а) двухобмоточные – тр-р с 1 первичной и с 1 вторичной обмотками;

б) многообмоточный – тр-р с 1 первичной и несколько вторичных обмоток;

• однофазные;

• трехфазные;

1. силовые – служат для преобразования энергии переменного тока в эл. сетях и энергетических системах;

2. выпрямительные;

3. сварочные;

4. измерительные и прочие специальные трансформаторы;

• масляные;

• сухие;

• элегазовые;

• азотные.

Схема замещения трансформатора:

1. Опыт ХХ: Первичная обмотка подключается к синусоидальному напряжению, а вторичная разомкнута. Измеряется первичное , а также вторичное , сопротивление:

2.Опыт КЗ: Вторичная обмотка замкнута накоротко, а к первичной обмотке во избежание перегрева подводится пониженное напряжение с таким расчетом, чтобы

Упрощенная векторная диаграмма трансформатора:

Условия параллельной работы трансформатора:

• одна и та же группа соединения обмоток;

• одинаковый коэффициент трансформации;

• одинаковый

Системы охлаждения:

а) естественная воздушная;

б) естественная масляная;

в) масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла;

г) масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла;

д) масловодяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла;

е) масловодяное охлаждение с направленным потоком масла.

Автотрансформатор – трансформатор в котором первичная и вторичная обмотки помимо электрической связи, имеют также эл. связь.

Однофазный АТ имеет эл. связь обмоток ОВ и ОС. Часть обмотки между выводами В и С – последовательная, между С и О – общая обмотка. В конструктивном отношении практически не отличается от трансформаторов. При работе АТ в режиме пониженного напряжения в последовательной обмотке проходит ток , который создает начальный поток, наводится в общей обмотки. Ток нагрузки вторичной обмотки складывается из тока .

Полная мощность, передаваемая АТ из первичной сети во вторичную называется проходной.

Достоинства АТ:

• меньший расход меди, стали, изоляционного материала;

• меньшая масса и габариты;

• меньшие потери и больше КПД;

• более легкие условия охлаждения.

Недостатки АТ:

• необходима глухозаземленная нейтраль;

• сложное регулирование напряжения;

• опасность перехода атмосферных перенапряжений из – за эл. связи обмоток ВН и СН.