Читать онлайн «Краткий конспект лекций по курсу Электрические машины. Машины постоянного тока. Трансформаторы»
Автор Алексеев В.В.
Федеральное агентство по образованию
_______________________________________________________________________________
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный горный институт
им. Г. В. Плеханова (технический университет)
Алексеев В. В.
КРАТКИЙ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
''ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ''
Часть I, II
для специальности ЭР
Санкт-Петербург' 2005
- Электрической машиной (ЭМ), называется электромеханический преобразователь (ЭМП), служащий для преобразования механической энергии в электроэнергию и обратно (генератор и двигатель).
Электрический двигатель (ЭД) является частью электромеханической системы (ЭМС, содержащей кроме ЭМП, САР и силовой преобразователь) – электрического привода (ЭП).
Кроме основного назначения ЭМ имеют и другие применения: 1. Электромашинные преобразователи. 2. Электромашинные усилители (устройства 1 и 2 в настоящее время вытесняются полупроводниковыми преобразователями). 3. синхронные компенсаторы.
- Классификация электрических машин
Рис. 1. Классификация электрических машин по принципу действия
Универсальные машины (Рис. 1), в отличие от машин постоянного тока (МПТ), работают на постоянном и на переменном токе. Это машины небольшой мощности (как и реактивные синхронные двигатели).
Бесколлекторные машины могут быть как многофазными, так и однофазными. ЭМ имеют мощность от нескольких ватт до сотен МВт и разнообразные конструктивных формы, соответствующие различным условиям работы и предъявляемым требованиям.
Курс, помимо ЭМ, предусматривает изучение трансформаторов.
Трансформатор (Тр) является статическим преобразователем электроэнергии переменного тока при f, P = const (КПД близок к 1), что дает переменному току преимущества, при передаче энергии на большие расстояния. Отсутствие вращающихся частей придает трансформатору иную, чем у ЭМ конструктивную форму. Однако его принцип работы также как ЭМ основан на явлении электромагнитной индукции.
- Основные законы электромеханики.
Первый закон. Электромеханическое преобразование энергии не может осуществляться с КПД, равным 100%.
Второй закон. Все электрические машины обратимы, т. е. одна и та же машина может работать в режимах двигателя и генератора.
Третий закон. Электромеханическое преобразование энергии осуществляется полями, неподвижными относительно друг друга, а результирующее поле в машине создается полями статора и ротора. Ротор может вращаться с той же скоростью, что и поле, или с другой скоростью, однако поля ротора и статора в установившемся режиме неподвижны относительно друг друга.
Изложение курса электрических машин основано на знаниях законов электрических и магнитных явлений.
- Первый закон, лежащий в основе работы ЭД – закон Ампера (электромагнитной силы), определяющий силу Fэм, действующую на конечный участок проводника l с током i, находящегося в магнитном поле
В случае однородного магнитного поля и прямолинейного проводника, перемещающегося перпендикулярно магнитным силовым линиям ((=900), выражения закона Ампера упрощается Fэм=B l i.
Второй закон, лежащий в основе работы ЭМ - закон электромагнитной индукции в известной формулировке Максвелла e= –dФ/dt.
Одним из законов используемых при проектировании является закон магнитной цепи, аналогичный закону Ома для электрической цепи
где Ф и F – магнитный поток и м. д. с. , w – число витков и i – ток в проводниках катушки, dl – элементарное перемещение в магнитном поле, ( и S – магнитная проницаемость и нормальное сечение трубки магнитной индукции, R(– магнитное сопротивление цепи с n участками.
- Согласно закону электромагнитной индукции в более удобной формулировке Фарадея, если внешней силой F перемещать проводник в магнитном поле, например, слева направо (рис. 2) перпендикулярно вектору магнитной индукции В, то в проводнике будет наводиться ЭДС
E=B l v,
где B – магнитная индукция, Тл; l — активная длина проводника, т. е.
_______________________________________________________________________________
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный горный институт
им. Г. В. Плеханова (технический университет)
Алексеев В. В.
КРАТКИЙ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
''ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ''
Часть I, II
для специальности ЭР
Санкт-Петербург' 2005
- Электрической машиной (ЭМ), называется электромеханический преобразователь (ЭМП), служащий для преобразования механической энергии в электроэнергию и обратно (генератор и двигатель).
Электрический двигатель (ЭД) является частью электромеханической системы (ЭМС, содержащей кроме ЭМП, САР и силовой преобразователь) – электрического привода (ЭП).
Кроме основного назначения ЭМ имеют и другие применения: 1. Электромашинные преобразователи. 2. Электромашинные усилители (устройства 1 и 2 в настоящее время вытесняются полупроводниковыми преобразователями). 3. синхронные компенсаторы.
- Классификация электрических машин
Рис. 1. Классификация электрических машин по принципу действия
Универсальные машины (Рис. 1), в отличие от машин постоянного тока (МПТ), работают на постоянном и на переменном токе. Это машины небольшой мощности (как и реактивные синхронные двигатели).
Бесколлекторные машины могут быть как многофазными, так и однофазными. ЭМ имеют мощность от нескольких ватт до сотен МВт и разнообразные конструктивных формы, соответствующие различным условиям работы и предъявляемым требованиям.
Курс, помимо ЭМ, предусматривает изучение трансформаторов.
Трансформатор (Тр) является статическим преобразователем электроэнергии переменного тока при f, P = const (КПД близок к 1), что дает переменному току преимущества, при передаче энергии на большие расстояния. Отсутствие вращающихся частей придает трансформатору иную, чем у ЭМ конструктивную форму. Однако его принцип работы также как ЭМ основан на явлении электромагнитной индукции.
- Основные законы электромеханики.
Первый закон. Электромеханическое преобразование энергии не может осуществляться с КПД, равным 100%.
Второй закон. Все электрические машины обратимы, т. е. одна и та же машина может работать в режимах двигателя и генератора.
Третий закон. Электромеханическое преобразование энергии осуществляется полями, неподвижными относительно друг друга, а результирующее поле в машине создается полями статора и ротора. Ротор может вращаться с той же скоростью, что и поле, или с другой скоростью, однако поля ротора и статора в установившемся режиме неподвижны относительно друг друга.
Изложение курса электрических машин основано на знаниях законов электрических и магнитных явлений.
- Первый закон, лежащий в основе работы ЭД – закон Ампера (электромагнитной силы), определяющий силу Fэм, действующую на конечный участок проводника l с током i, находящегося в магнитном поле
В случае однородного магнитного поля и прямолинейного проводника, перемещающегося перпендикулярно магнитным силовым линиям ((=900), выражения закона Ампера упрощается Fэм=B l i.
Второй закон, лежащий в основе работы ЭМ - закон электромагнитной индукции в известной формулировке Максвелла e= –dФ/dt.
Одним из законов используемых при проектировании является закон магнитной цепи, аналогичный закону Ома для электрической цепи
где Ф и F – магнитный поток и м. д. с. , w – число витков и i – ток в проводниках катушки, dl – элементарное перемещение в магнитном поле, ( и S – магнитная проницаемость и нормальное сечение трубки магнитной индукции, R(– магнитное сопротивление цепи с n участками.
- Согласно закону электромагнитной индукции в более удобной формулировке Фарадея, если внешней силой F перемещать проводник в магнитном поле, например, слева направо (рис. 2) перпендикулярно вектору магнитной индукции В, то в проводнике будет наводиться ЭДС
E=B l v,
где B – магнитная индукция, Тл; l — активная длина проводника, т. е.
