МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Орский гуманитарно - технологический инстиссссссссссссссссссссссссссссстут

(филиал) Оренбургского государственного университета

Кафедра электроснабжения и электропривода

Н.В. Белянцева

Электрические машины Электромеханика

Учебное пособие по выполнению расчетно-графических заданий, курсовых проектов (работ) для специальностей 100400 – Электроснабжение, 180400 – Электропривод, 101600 – Энергообеспечение

Настоящее пособие предназначено для выполнения курсовых проектов (работ) и контрольных работ студентами специальностей 100400, 180400, 101600.

К изучению электрических машин можно приступить, только глубоко усвоив теоретические основы электротехники, физику электромагнитных явлений и выработав навыки математического анализа процессов в электрических и магнитных цепях.

В случае затруднения при изучении курса и выполнении контрольных работ, студенты должны обращаться за консультацией на кафедру «Электропривод и автоматизация промышленных установок».

Введение

Главными элементами энерговооруженности труда являются электрические машины и трансформаторы. Поэтому курс электрических машин является основным для всех студентов электротехнических и электроэнергетических специальностей.

Электропромышленность выпускает электрические машины с высокими техническими показателями и самых разнообразных мощностей (от долей ватта до сотен тысяч киловатт).

По действующим учебным планам для студентов специальностей 100400 курс «Электромеханика» и 180400 курс «Электрические машины» делится на две части. Первая включает в себя изучение трансформаторов и асинхронных машин, вторая – синхронных машин и машин постоянного тока. В течении курса студенты выполняют лабораторные работы, а студенты специальности 180400 по первой части - расчетно-графическое задание. При изучении второй части студенты выполняют курсовой проект. Формой контроля предусмотрен экзамен по первой и второй части. Помимо экзамена, студенты сдают зачет, где учитываются и защита лабораторных работ, и работа на практических занятиях. Для специальности 100400 предусмотрен зачет по первой части, а для специальности 180400 - по второй части.

Для студентов специальности 101600 изучение «Электрических машин» предусмотрено в 5 семестре. В рабочей программе указаны все этапы изучения электрических машин с выполнением курсовой работы, лабораторных работ и сдачей экзамена по курсу.

Для заочного отделения курс «Электрические машины» изучается по утвержденным рабочим программам в соответствии с учебными планами.

1 Методические указания и краткие сведения по разделам курса

1. Введение

Во введении в курс электрических машин рассматриваются следующие вопросы:

- значение электрических машин в современной технике;

- классификация электрических машин;

- вопросы электромеханического преобразования энергии;

- требования, предъявляемые к электрическим машинам;

- законы, лежащие в основе работы электрических машин.

Электрификация промышленности, транспорта, сельского хозяйства и быта обуславливает необходимость применения различного электротехнического оборудования. Одним из основных видов электрооборудования являются электрические машины, которые служат для взаимного преобразования механической и электрической энергии. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях электрическими машинами -– ГЕНЕРАТОРАМИ, преобразующими механическую энергию в электрическую. В основном это тепловые станции (где сжигают химическое топливо – газ, уголь), атомные электростанции, гидравлические электростанции. В процессе потребления электроэнергии происходит ее преобразование в другие виды энергии (механическую, тепловую и т.д.). Основное количество электроэнергии (70%) преобразуется в механическую (т.е. приведение в движение станков, механизмов, транспортных средств) и для этого используется ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ. Электрические машины применяются для преобразования рода тока (переменного в постоянный, частоты и числа фаз переменного тока, постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого). Такие машины называются ЭЛЕКТРОМАШИННЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ.

Рис. 1. Конструктивная схема вращающейся электрической машины:

1. статор; 2- обмотка статора; 3- воздушный зазор; 4- ротор; 5- обмотка ротора; 6- подшипники; 7- корпус; 8- вал;9-; 10-.

Различают машины переменного и постоянного тока, в зависимости от того, какой ток они генерируют или потребляют.

Принцип действия электрических машин основан на физических законах электромагнитной индукции и электромагнитных сил, законах Ома, Джоуля - Ленца.

Закон электромагнитной индукции

, [В]

В – индукция в месте нахождения проводника (в сек/см²)

l - длина проводника [см]

V - скорость движения проводника [см/сек]

Направление наведенной ЭДС определяем по правилу «правой руки».

В результате взаимодействия тока и поля возникает электромагнитная сила

(2)

Направление силы F_эм определяем по правилу «левой руки».

Используя законы, можно получить основные соотношения между величинами, характеризующими процесс работы электрической машины. В режиме генератора механическая мощность (FV) преобразуется в электрическую мощность (IЕ), а в режиме двигателя электрическая мощность (UI), поступающая в проводник, частично преобразуется в механическую (F_эм V) энергию и частично расходуется на покрытие электрических потерь в проводнике (I²r).

В основе работы трансформатора лежит явление взаимоиндукции. Трансформатор состоит обычно из двух обмоток с разными числами витков. Между обмотками существует магнитная связь, для ее усиления обмотки размещают на стальном замкнутом магнитопроводе, называемом сердечником. Энергия из одной обмотки в другую передается посредством магнитного поля.

В заключение по введению можно сделать вывод:

1) для любой электрической машины обязательно наличие электропроводящей среды (проводников) и магнитного поля, имеющих возможность взаимного перемещения (кроме трансформатора);

2) при работе электрической машины, как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, одновременно наблюдается индуцирование ЭДС в проводнике, пересекающем магнитное поле и возникновение силы, действующей на проводник, находящийся в магнитном поле, при протекании по нему электрического тока;

3) взаимное преобразование механической и электрической энергии в электрической машине может происходить в любом направлении, то есть одна и та же машина может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора; это свойство электрических машин называют ОБРАТИМОСТЬЮ. Принцип обратимости был впервые установлен русским ученым Ленцем в 1833 году.

Вопросы для самопроверки

1. Какие явления лежат в основе принципа работы электрических машин и трансформаторов?

2. Какие главные законы лежат в основе работы электрических машин?

3. Какие материалы используются в машиностроении, каким требованиям должны они удовлетворять?

4. Как происходит преобразование энергии в электрических машинах ( на принципе действия элементарного генератора и двигателя)?