- •Введение в.1. Принцип действия электрических генераторов и двигателей
- •В.2. Электромеханическое преобразование энергии
- •В.3. Классификация электрических машин
- •Вопросы для самопроверки
- •Трансформаторы
- •1.1 Основные понятия и определения
- •1.2 Принцип работы трансформатора
- •Режимы работы трансформатора
- •Режим холостого хода (хх)
- •1.3.2 Режим короткого замыкания (кз)
- •1.4 Схема замещения и уравнения электромагнитного состояния трансформатора
- •1.5. Внешняя характеристика трансформатора
- •1.6. Потери мощности и кпд трансформатора
- •1.7. Особенности работы трехфазных трансформаторов
- •1.8. Трансформаторы специального назначения
- •1.8.1. Автотрансформаторы
- •1.8.2. Трансформаторы для дуговой сварки
- •1.8.3. Измерительные трансформаторы
- •Вопросы для самопроверки
- •Решение
- •Машины постоянного тока (мпт)
- •2.1. Назначение и устройство машин постоянного тока
- •2.2. Принцип работы мпт
- •2.3. Преобразование энергии в мпт
- •2.4. Потери мощности и кпд машины постоянного тока
- •Способы возбуждения и классификация мпт
- •2.6. Реакция якоря и коммутация в мпт
- •2.7. Эдс якоря и электромагнитный момент мпт
- •2.8. Работа двигателя постоянного тока (дпт)
- •2.8.1 Механическая характеристика дпт
- •2.8.2. Пуск дпт
- •2.9. Регулирование скорости вращения дпт
- •Вопросы для самопроверки
- •Решение
- •3. Асинхронные машины (ам)
- •3.1. Определение и назначение ам
- •3.2. Устройство ад
- •3.3. Вращающееся магнитное поле
- •3.4. Принцип действия асинхронного двигателя
- •3.5. Режим идеального холостого хода
- •3.6. Скольжение
- •3.7. Скорость вращения поля ротора
- •3.8. Вращающий момент асинхронного двигателя
- •3.9. Механическая характеристика асинхронного двигателя
- •3. 10. Пуск асинхронного двигателя
- •3.10.1. Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором
- •3.10.2. Пуск двигателя с фазным ротором
- •3.11. Однофазные и двухфазные ад
- •3.11.1. Однофазные асинхронные двигатели
- •3.11.2. Двухфазный асинхронный двигатель
- •3.12. Асинхронный тахогенератор
- •Вопросы для самопроверки
- •Решение
- •4. Синхронные машины (см)
- •4.1. Назначение и устройство синхронных машин
- •4.2. Принцип работы синхронного генератора
- •4.3. Принцип работы синхронного двигателя
- •4.4. Пуск синхронного двигателя
- •4.5. Шаговый синхронный двигатель
- •4.5.1. Принцип действия однофазного шагового двигателя.
- •4.5.2. Реверсивные шаговые двигатели.
- •4.5.3. Индукторные шаговые двигатели
- •4.5.4. Основные параметры и характеристики шаговых двигателей.
- •4.5.5. Режимы работы шаговых двигателей.
- •Вопросы для самопроверки
- •Оглавление
- •Электрические машины и трансформаторы
- •400131, Волгоград, просп. Им. В. И. Ленина, 28, корп. 1.
- •400131, Волгоград, просп. Им. В. И. Ленина, 28, корп. 7.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
С. И. Николаева
Электрические машины и трансформаторы
Учебное пособие
Волгоград
2
УДК 621.313 (075)
Рецензенты:
начальник отдела перспективного проектирования энергосистем
ОАО «ЮИЦЭ» филиал «Волгоградэнергосетьпроект» Л.П. Елисеева;
доцент кафедры «Электротехнологии и электрооборудования в с. х.» Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии
канд. техн. наук В. А. Шанцин
Издается по решению редакционно-издательского отдела
Волгоградского государственного технического университета
Николаева, С. И.
Электрические машины и трансформаторы: учеб. пособие / С. И. Николаева. – Волгоград : ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. –112 с.
ISBN 978–5–9948–0695–1
Рассмотрены конструкция, принцип работы, характеристики и особенности применения трансформаторов, машин постоянного и переменного тока. Приведены примеры расчета трехфазных трансформаторов, двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей.
Может быть рекомендовано к использованию при изучении курсов «Электромеханические системы», «Общая электротехника», «Электротехника и электроника» студентами технических специальностей высших учебных заведений, а также при выполнении разделов курсовых и дипломных работ.
Ил. 53. Библиогр. 6 назв.
ISBN 978–5–9948–0695–1 © Волгоградский государственный
технический университет, 2011
Введение в.1. Принцип действия электрических генераторов и двигателей
Электрические машины широко распространены в различных отраслях народного хозяйства, энергетике, быту. Связано это с их высокими энергетическими показателями, удобством обслуживания и управления. Существует большое разнообразие электромашин по назначению, принципу действия, мощности, размерам.
Электрические машины – это электромеханические преобразователи, в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую (электрические двигатели) или механической – в электрическую (электрические генераторы).
В основе принципа действия электрических генераторов лежит закон электромагнитной индукции:
(1)
Согласно этому закону при вращении проводника в магнитном поле в нем индуцируется ЭДС е. B – индукция магнитного поля в точке расположения проводника, l – активная длина проводника (длина проводника, на протяжении которой он находится в магнитном поле), – скорость движение проводника в магнитном поле. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки.
Для увеличения ЭДС в магнитном поле располагают не один, а ряд последовательно соединенных проводников, которые образуют обмотку. Обмотка располагается на сердечнике, выполненном из стали. Та часть машины, на которой располагается обмотка, в которой индуцируется основная ЭДС, называется якорем, а сама обмотка – обмоткой якоря. По обмотке якоря протекает ток нагрузки.
Магнитное поле электрической машины сосредоточено в магнитной системе, которая выполняется из ферромагнитных материалов. Это позволяет получить более сильное магнитное поле. Конструктивно магнитная система электрической машины состоит из вращающейся части и неподвижной части , между которыми имеется воздушный зазор (рис. 1). Неподвижная часть магнитной системы вместе с размещенной на ней обмоткой и корпусом, называется статором. Вращающаяся часть магнитной системы с обмоткой называется ротором. Ротор вращается в подшипниках.
1 – статор, 2 – ротор, 3 – подшипниковые щиты, 4 – подшипники
Рис. 1. Магнитная система трансформатора
В зависимости от назначения и типа машины обмотка якоря может располагаться на роторе или на статоре. Ротор вращается в подшипниках. Тогда на другой части машины располагается обмотка возбуждения, создающая магнитное поле в машине. В генераторах ротор приводится во вращение посторонним двигателем (турбиной), который называется приводным двигателем. Если к обмотке якоря подключить внешнее сопротивление, то по обмотке потечет ток и машина будет отдавать электрическую энергию в нагрузку.
Электродвигатели конструктивно устроены так же, как и электрогенераторы. Для работы машины в режиме двигателя необходимо подвести напряжение к обмотке якоря. Тогда по проводникам обмотки якоря потечет ток, при взаимодействии которого с магнитным полем возникает момент, приводящий во вращение ротор двигателя. Направление вращения определяется правилом левой руки.
Электрические генераторы являются основными источниками электрической энергии. Электрические двигатели приводят в движение станки, транспортные средства и другие механизмы. Более половины всей вырабатываемой электрической энергии потребляют электродвигатели.
Электрические машины обладают свойством обратимости. Это означает, что взаимное преобразование энергии может происходить в любом направлении, то есть, по принципу действия электрическая машина может работать как в режиме генератора (если к ней подводится механическая энергия, преобразуемая в электрическую), так и в режиме двигателя (если к машине подводится электрическая энергия для преобразования в механическую). Вместе с тем конструктивно любая машина предназначена для работы в каком-то одном режиме.