Ел машини Кацман. Кацман М.М. Електрически автомобили. § AT 2. Електрически машини - електромеханични преобразуватели на енергия

Вижте също:
• (Документ)
• Кацман М.М. Електрически машини (Документ)
• Бут Д.А. Безконтактни електрически машини (Документ)
• Кацман М.М. Електрически машини, КИП и средства за автоматизация (Документ)
• Kritsshtein A.M. Електромагнитна съвместимост в електроенергийната индустрия: Учебно ръководство (документ)
• Андрианов В.Н. Електрически машини и апарати (Документ)
• Кацман М.М. Наръчник за електрически машини (документ)
• Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Електрически автомобили. Лабораторна работа на компютър (Документ)
• Кочегаров Б.Е., Лоцманенко В.В., Опарин Г.В. Домакински машини и уреди. Урок. Част 1 (Документ)
• Копилов И.П. Наръчник за електрически машини, том 1 (документ)
• Kritsshtein A.M. Електрически машини (Документ)

n1.doc

Въведение

§ В 1. Предназначение на електрически машини и трансформатори

Електрификацията се извършва чрез електрически продукти, произведени от електрическата индустрия. Основният клон на тази индустрия е електроинженерство,занимава се с разработване и производство на електрически машини и трансформатори.

Електрическа машинае електромеханично устройство, което осъществява взаимно преобразуване на механична и електрическа енергия. Електрическата енергия се генерира в електроцентралите от електрически машини - генератори, които преобразуват механичната енергия в електрическа. По-голямата част от електроенергията (до 80%) се генерира в топлоелектрически централи, където при изгаряне на химически горива (въглища, торф, газ) водата се нагрява и се превръща в пара високо налягане. Последният се подава в турбината, където, разширявайки се, кара ротора на турбината да се върти ( Термална енергияв турбината се превръща в механичен). Въртенето на ротора на турбината се предава на вала на генератора (турбогенератора). В резултат на електромагнитни процеси, протичащи в генератора, механичната енергия се преобразува в електрическа.

Процесът на производство на електроенергия в атомните електроцентрали е подобен на топлинните, с единствената разлика, че вместо химическо гориво се използва ядрено гориво.

Процесът на производство на електроенергия в хидравличните електроцентрали е следният: водата, повдигната от язовир до определено ниво, се изхвърля върху работното колело на хидравличната турбина; Получената механична енергия чрез въртене на турбинното колело се прехвърля към вала на електрически генератор, в който механичната енергия се преобразува в електрическа.

В процеса на потребление на електрическа енергия тя се преобразува в други видове енергия (топлинна, механична, химическа). Около 70% от електричеството се използва за задвижване на машини, механизми и превозни средства, т.е. за преобразуването му в механична енергия. Тази трансформация се извършва от електрически машини - електродвигатели.

Електрическият двигател е основният елемент на електрическото задвижване на работните машини. Добрата управляемост на електрическата енергия и лекотата на разпределение направиха възможно широкото използване на многомоторни електрически задвижвания за работни машини в индустрията, когато отделните връзки работеща машиназадвижвани от независими двигатели. Многомоторното задвижване значително опростява механизма на работеща машина (намалява се броят на механичните зъбни колела, свързващи отделните части на машината) и създава големи възможности за автоматизиране на различни технологични процеси. Електрическите двигатели се използват широко в транспорта като тягови двигатели, които задвижват колесни двойки на електрически локомотиви, електрически влакове, тролейбуси и др.

Отзад напоследъкИзползването на електрически машини се е увеличило значително ниска мощност- микромашини с мощност от фракции до няколкостотин вата. Такива електрически машини се използват в устройства за автоматизация и компютърни технологии.

Специален клас електрически машини се състои от двигатели за домакинството електрически устройства- прахосмукачки, хладилници, вентилатори и др. Мощността на тези двигатели е малка (от няколко до стотици вата), дизайнът е прост и надежден и се произвеждат в големи количества.

Електрическата енергия, генерирана в електроцентралите, трябва да се пренася до местата на нейното потребление, предимно до големи индустриални центрове на страната, които са отдалечени от мощни електроцентрализа много стотици, а понякога и хиляди километри. Но предаването на електричество не е достатъчно. Тя трябва да бъде разпределена между много различни потребители - промишлени предприятия, транспорт, жилищни сгради и др. Електричеството се пренася на големи разстояния с помощта на високо напрежение(до 500 kV и повече), което осигурява минимални електрически загуби в електропроводите. Следователно, в процеса на предаване и разпределение на електрическа енергия е необходимо многократно увеличаване и намаляване на напрежението. Този процес се осъществява чрез електромагнитни устройства, наречени трансформатори.Трансформаторът не е електрическа машина, тъй като неговата работа не е свързана с преобразуването на електрическата енергия в механична енергия и обратно; той само преобразува напрежението в електрическа енергия. Освен това трансформаторът е статично устройство и няма движещи се части. Въпреки това, електромагнитните процеси, протичащи в трансформаторите, са подобни на процесите, протичащи по време на работа на електрически машини. Освен това, електрически машинии трансформаторите се характеризират със същия характер на електромагнитни и енергийни процеси, които възникват по време на взаимодействието магнитно полеи проводник, по който тече ток. Поради тези причини трансформаторите са неразделна част от курса по електрически машини.

Нарича се клонът на науката и технологиите, занимаващ се с разработването и производството на електрически машини и трансформатори електроинженерство.Теоретична основаЕлектрическото машиностроене е основано през 1821 г. от М. Фарадей, който установява възможността за преобразуване на електрическата енергия в механична енергия и създава първия модел на електрически двигател. Произведенията на учените Д. Максуел и Е. Х. Ленц изиграха важна роля в развитието на електротехниката. По-нататъшно развитие на идеята за взаимна трансформация на електрически и механична енергияполучени в трудовете на изключителни руски учени Б. С. Якоби и М. О. Доливо-Доброволски, които разработиха и създадоха проекти на електродвигатели, подходящи за практическа употреба. Големите постижения в създаването на трансформатори и тяхното практическо приложение принадлежат на забележителния руски изобретател П.Н. Яблочков. В началото на 20 век са създадени всички основни видове електрически машини и трансформатори и са разработени основите на тяхната теория.

В момента местното електротехника постигна значителен успех. Ако в началото на този век в Русия практически нямаше електротехника като самостоятелен отрасъл на промишлеността, то през последните 50-70 години се създаде клон на електрическата промишленост - електротехника, способна да задоволи нуждите на нашата развиващи се Национална икономикав електрически машини и трансформатори. Подготвен е кадър от квалифицирани електромашиностроители - учени, инженери и техници.

По-нататъшният технически прогрес определя като основна задача консолидирането на успехите на електротехниката чрез практическото прилагане на най-новите постижения на електротехниката в реалното развитие на електрически задвижващи устройства за промишлени устройства и продукти домакински уреди. Осъществяването на това изисква прехвърляне на производството предимно към интензивен пътразвитие. Основната задача е да се повиши темпът и ефективността на икономическото развитие на базата на ускоряване на научно-техническия прогрес, техническо преоборудване и реконструкция на производството и интензивно използване на създадения производствен потенциал. Значителна роля в решаването на този проблем се отрежда на електрификацията на националната икономика.

В същото време е необходимо да се вземат предвид нарастващите екологични изисквания към енергийните източници и, заедно с традиционни начиниразработване на екологични (алтернативни) методи за производство на електричество чрез слънчева, вятърна, морски приливи, термални извори. Широко приложен автоматизирани системив различни сфери на националната икономика. Основният елемент на тези системи е автоматизирано електрическо задвижване, поради което е необходимо да се увеличи производството на автоматизирани електрически задвижвания с ускорени темпове.

В контекста на научното и технологичното развитие голямо значениепридобиват работа, свързана с подобряване качеството на произвежданите електрически машини и трансформатори. Решаването на този проблем е важно средство за развитие на международното икономическо сътрудничество. Уместно научни институцииИ индустриални предприятияРусия работи за създаването на нови видове електрически машини и трансформатори, които да задоволят съвременни изискванияна качеството и технико-икономическите показатели на произвежданата продукция.

§ AT 2. Електрически машини - електромеханични преобразуватели на енергия

Ориз. В 1. Към концепцията за „елементарен генератор“ (А)и „елементарен двигател“ (b)

Когато електрическата машина работи в генераторен режим, механичната енергия се преобразува в електрическа. Естеството на този процес е обяснено елек законтромагнитна индукция:ако външна сила F повлияйте на проводник, поставен в магнитно поле, и го преместете (фиг. B.1, а), например, отляво надясно перпендикулярно на вектора на индукция INмагнитно поле със скорост , тогава проводникът ще бъде индуциран електродвижеща сила(ЕМП)

E=Blv,(B.1)

къде в - магнитна индукция, T; l е активната дължина на проводника, т.е. дължината на неговата част, разположена в магнитното поле, m;  - скорост на проводника, m/s.

Ориз. НА 2. правила " дясна ръка" и "лява ръка"

За да определите посоката на ЕМП, трябва да използвате правилото "дясна ръка" (фиг. B.2, А).Прилагайки това правило, ние определяме посоката на ЕМП в проводника (далеч от нас). Ако краищата на проводника са окъсени с външно съпротивление Р (потребител), тогава под въздействието на ЕМП в проводника ще възникне ток със същата посока. По този начин, проводник в магнитно поле може да се разглежда в този случай като елементаренny генератор.

В резултат на взаимодействието на тока азс магнитно поле възниква електромагнитна сила, действаща върху проводника

ЕЕМ = BlI. (AT 2)

Посока на силата ЕЕМ може да се определи по правилото на „лявата ръка“ (фиг. B.2, b ). В разглеждания случай тази сила е насочена отдясно наляво, т.е. противоположно на движението на проводника. Така в разглеждания елементарен генератор силата F EM е инхибиторен по отношение на движеща силаЕ .

При равномерно движениедиригент Е = ЕЕМ . Умножавайки двете страни на равенството по скоростта на проводника, получаваме

F = F EM 

Нека заместим стойността F EM в този израз от (B.2):

F = BlI = EI (V.Z)

Лявата страна на равенството определя стойността механична мощност, изразходвани за преместване на проводник в магнитно поле; дясна част- стойността на електрическата мощност, развита в затворена верига от електрически ток I. Знакът за равенство между тези части показва, че в генератора механичната мощност, изразходвана от външна сила, се преобразува в електрическа.

Ако външната сила F не се прилага към проводника, а се прилага напрежение U към него от електрически източник така че токът I в проводника има посоката, показана на фиг. Т.1, б , тогава върху проводника ще действа само електромагнитната сила F EM . Под въздействието на тази сила проводникът ще започне да се движи в магнитното поле. В този случай в проводника се индуцира ЕДС в посока, обратна на напрежението U. Така част от напрежението U, приложен към проводника се балансира от едс Д,индуцирано в този проводник, а другата част е спадът на напрежението в проводника:

U = E + Ir, (B.4)

където r - електрическо съпротивление на проводник.

Нека умножим двете страни на равенството по тока аз:

UI = EI + I 2 r.

Заместване вместо това д EMF стойност от (B.1), получаваме

UI =BlI + I 2 r,

или, съгласно (B.2),

потребителски интерфейс=Е ЕМ  + аз 2 r. (AT 5)

От това равенство следва, че електрическа енергия (потребителски интерфейс), влизащи в проводника частично се превръщат в механични (Ф ЕМ  ), и частично се изразходва за покриване на електрически загуби в проводника ( аз 2 r). Следователно проводник с ток, поставен в магнитно поле, може да се разглежда като елементелектрически двигател на контейнера.

Разгледаните явления ни позволяват да заключим: а) за всяка електрическа машина е необходимо наличието на електропроводима среда (проводници) и магнитно поле, които могат да се движат взаимно; б) когато електрическа машина работи както в режим на генератор, така и в режим на двигател, индуцирането на ЕМП в проводник, пресичащ магнитно поле, и появата на сила, действаща върху проводник, разположен в магнитно поле, когато през него протича електрически ток се наблюдават едновременно; в) взаимното преобразуване на механична и електрическа енергия в електрическа машина може да се случи във всяка посока, т.е. една и съща електрическа машина може да работи както в двигателен, така и в генераторен режим; това свойство на електрическите машини се нарича обратимост.Принципът на обратимостта на електрическите машини е установен за първи път от руския учен Е. X. Ленц.

Смята се за "елементарно" електрически генератори двигателят отразяват само принципа на използване на основните закони и явления на електрическия ток в тях. Що се отнася до дизайн, то повечето електрически машини са изградени на принципа на въртеливото движение на подвижната им част. Въпреки голямото разнообразие от дизайни на електрически машини, се оказва възможно да си представим някакъв обобщен дизайн на електрическа машина. Тази конструкция (фиг. B.3) се състои от неподвижна част 1, наречена статор,и въртяща се част 2 т.нар роторРоторът е разположен в отвора на статора и е отделен от него с въздушна междина. Една от тези части на машината е оборудвана с елементи, които възбуждат магнитно поле в машината (например електромагнит или постоянен магнит), а другата има намотка, която условно ще наречем работейки околочиле на машината.Както неподвижната част на машината (статор), така и подвижната част (ротор) имат ядра, направени от мек магнитен материал и с ниско магнитно съпротивление.

Ориз. В.З. Генерализиран проектна диаграмаелектрическа машина

Ако електрическа машина работи в генераторен режим, тогава когато роторът се върти (под действието на задвижващия двигател), в проводниците на работната намотка се индуцира ЕМП и когато е свързан консуматор, се появява ЕМП електричество. В този случай механичната енергия на задвижващия двигател се преобразува в електрическа. Ако машината е предназначена да работи като електрически двигател, тогава работната намотка на машината е свързана към мрежата. В този случай токът, генериран в проводниците на намотката, взаимодейства с магнитното поле и върху ротора възникват електромагнитни сили, които карат ротора да се върти. В този случай електрическата енергия, консумирана от двигателя от мрежата, се преобразува в механична енергия, изразходвана за въртенето на всеки механизъм, машина и др.

Възможно е също така да се проектират електрически машини, в които работната намотка е разположена на статора, а елементите, които възбуждат магнитното поле, са на ротора. Принципът на работа на машината остава същият.

Обхватът на мощността на електрическите машини е много широк - от части от вата до стотици хиляди киловати.

§ V.Z. Класификация на електрическите машини

Електрическите машини също се използват за усилване на мощността. електрически сигнали. Такива електрически машини се наричат усилватели на електрически машини.Наричат ​​се електрически машини, използвани за подобряване на фактора на мощността на потребителите на електроенергия синхронна компенсацияТори.Наричат ​​се електрически машини, използвани за регулиране на напрежението на променлив ток индукционно регулиранеТори

Много универсално приложение микромашинив устройствата за автоматизация и компютърни технологии. Тук електрическите машини се използват не само като двигатели, но и като тахогенератори(за преобразуване на скоростта на въртене в електрически сигнал), selsyns, въртящи се трансформатори(за получаване на електрически сигнали, пропорционални на ъгъла на завъртане на вала) и др.

От горните примери става ясно колко разнообразно е делението на електрическите машини според тяхното предназначение.

Нека разгледаме класификацията на електрическите машини според принципа на работа, според който всички електрически машини са разделени на безчеткови и комутационни, различаващи се както по принципа на работа, така и по дизайна. Безчетковите машини са AC машини. Делят се на асинхронни и синхронни. А синхронни машиниТе се използват предимно като двигатели, докато синхронните се използват и като двигатели, и като генератори. Комутаторните машини се използват главно за работа с постоянен ток като генератори или двигатели. Само колекторни машини с ниска мощност се произвеждат като универсални двигатели, способни да работят както в постоянен, така и в променлив ток.

Електрическите машини с един и същ принцип на работа могат да се различават по схеми на свързване или други характеристики, които влияят върху експлоатационните свойства на тези машини. Например асинхронните и синхронните машини могат да бъдат трифазни (включени в трифазна мрежа), кондензатор или еднофазен. В зависимост от конструкцията на намотката на ротора, асинхронните машини се разделят на машини с ротор с катерица и машини с навит ротор. Синхронни и комутационни машини постоянен токв зависимост от начина на създаване на магнитно възбуждащо поле в тях те се разделят на машини с възбудителна намотка и машини с постоянни магнити. На фиг. Б.4 представя диаграма на класификацията на електрическите машини, съдържаща основните видове електрически машини, които са получили най-голямото приложениев модерно електрическо задвижване. Същата класификация на електрическите машини е в основата на изучаването на курса "Електрически машини".

ДА СЕ
Курсът “Електрически машини”, освен самите електрически машини, включва изучаването на трансформатори. Трансформаторите са статични преобразуватели на променлив ток. Липсата на въртящи се части дава на трансформаторите дизайн, който фундаментално ги отличава от електрическите машини. Въпреки това, принципът на работа на трансформаторите, както и принципът на работа на електрическите машини, се основава на явлението електромагнитна индукция и следователно много разпоредби на теорията на трансформаторите формират основата на теорията на електрическите машини с променлив ток.

Електрическите машини и трансформатори са основните елементи на всяка енергийна система или инсталация, следователно за специалисти, работещи в производството или експлоатацията на електрически машини, познаване на теорията и разбиране на физическата същност на електромагнитните, механичните и топлинните процеси, протичащи в електрическите машини и трансформатори по време на тяхната работа са необходими.

СРЕДНО ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ

М. М. КАЦМАН

"Федерален институт за развитие на образованието" като учебник за използване в учебния процес образователни институцииприлагане на Федералния държавен образователен стандарт за средно професионално образование в групата специалности 140400 „Електроенергетика и електротехника“

12-то издание, стереотипно

РЕЦЕНЗЕНТ:

E. P. Rudobaba (Московска вечерна електромеханична

техническо училище на името на Л. Б. Красина)

Кацман М. М.

К 307 Електрически машини: учебник за студенти. институции на околната среда проф. образование / М. М. Кацман. - 12-то изд., изтрито. - М.: Издателски център "Академия", 2013. - 496 с.

ISBN 978&5&7695&9705&3

В учебника се разглеждат теорията, принципът на действие, проектирането и анализът на режимите на работа на електрически машини и трансформатори, както общи, така и със специално предназначение, които са широко разпространени в различни отрасли на техниката.

Учебникът може да се използва при усвояване професионален модул PM.01. „Организация Поддръжкаи ремонт на електрически и електромеханични съоръжения" (МДК.01.01) по специалност 140448 " Техническа експлоатацияи поддръжка на електрическо и електромеханично оборудване.”

За ученици от средни учебни заведения професионално образование. Може да бъде полезно за студенти.

UDC 621.313(075.32) BBK 31.26ya723

Оригиналното оформление на тази публикация е собственост на Издателски център Академия и е забранено нейното възпроизвеждане по какъвто и да е начин без съгласието на притежателя на авторските права.

© М. М. Кацман, 2006

© Т. И. Светова, наследница на Кацман М. М., 2011 г

© Учебни и издателскиЦентър "Академия", 2011г

ISBN 978 5 7695 9705 3 © Дизайн. Издателски център "Академия", 2011г

ПРЕДГОВОР

Учебникът е написан в съответствие с програми за обучениепредмет "Електрически машини" за специалностите "Електрически машини и апарати", "Електроизолационна, кабелна и кондензаторна техника" и "Техническа експлоатация, поддръжка и ремонт на електрически и електромеханични съоръжения" на средните професионални учебни заведения.

Книгата съдържа основите на теорията, описание на конструкциите и анализ на експлоатационните свойства на трансформатори и електрически машини. В допълнение, той предоставя примери за решаване на проблеми, които със сигурност ще допринесат за по-добро разбираневъпросите, които се изучават.

В учебника е възприет следният ред на изложение на материала: трансформатори, асинхронни машини, синхронни машини, колекторни машини. Тази последователност на обучение улеснява усвояването на дисциплината и най-пълно отговаря на съвременното състояние и тенденции в развитието на електротехниката. Заедно с електрически машини с общо предназначениеВ учебника се разглеждат някои видове трансформатори и електрически машини със специално предназначение, дава се информация за техническо ниво модерни сериалиелектрически машини с описание на характеристиките на тяхната конструкция.

Основното внимание в учебника е отделено на разкриването на физическата същност на явленията и процесите, които определят работата на разглежданите устройства.

Възприетият в книгата метод на изложение на материала се основава на дългогодишен опит в преподаването на предмета „Електрически машини”.

ВЪВЕДЕНИЕ

В 1. Предназначение на електрическите машини

и трансформатори

Електрификацията е широкото въвеждане в промишлеността, селското стопанство, транспорта и ежедневието на електрическа енергия, генерирана от мощни електроцентрали, свързани с електрически мрежи с високо напрежение в енергийните системи.

Електрификацията се извършва чрез устройства, произведени от електрическата индустрия. Основният клон на тази индустрия е електроинженерство, занимаваща се с разработка и производство на електрически машини и трансформатори.

Електрическа машинае електромеханично устройство, което осъществява взаимното преобразуване на механична и електрическа енергия. Електрическата енергия се генерира в електроцентралите от електрически машини - генератори, които преобразуват механичната енергия в електрическа.

По-голямата част от електроенергията (до 80%) се генерира в топлоелектрически централи, където при изгаряне на химически горива (въглища, торф, газ) водата се нагрява и се превръща в пара под високо налягане. Последното се сервира в въздушна турбина, където, разширявайки се, кара ротора на турбината да се върти (топлинната енергия в турбината се преобразува в механична). Въртенето на ротора на турбината се предава на вала на генератора (турбогенератора). В резултат на електромагнитни процеси, протичащи в генератора, механичната енергия се преобразува в електрическа.

Процесът на производство на електроенергия в атомните електроцентрали е подобен на процеса в топлоелектрическа централа, с единствената разлика, че се използва ядрено гориво вместо химическо гориво.

В хидравличните електроцентрали процесът на генериране на електричество е следният: водата, повдигната от язовир до определено ниво, се изхвърля върху работното колело на хидравличната турбина; Механичната енергия, получена в този случай чрез въртене на турбинното колело, се прехвърля към вала на електрически генератор (водороден генератор), в който механичната енергия се преобразува в електрическа.

В процеса на потребление на електрическа енергия тя се преобразува в други видове енергия (топлинна, механична, химическа). Около 70% от електроенергията се използва за задвижване на машини, механизми, превозни средства, т.е

превръщането му в механична енергия. Тази трансформация се извършва от електрически машини - електродвигатели.

Електрическият двигател е основният елемент на електрическото задвижване на работните машини. Добрата управляемост на електрическата енергия и простотата на нейното разпределение направиха възможно широкото използване на многомоторни електрически задвижвания на работни машини в промишлеността, когато отделни части на работната машина се задвижват от собствени двигатели. Многомоторното задвижване значително опростява механизма на работната машина (намалява броят на механичните трансмисии, свързващи отделните части на машината) и създава големи възможности за автоматизиране на различни технологични процеси. Електрическите двигатели се използват широко в транспорта като тягови двигатели, които задвижват колесни двойки на електрически локомотиви, електрически влакове, тролейбуси и др.

Напоследък значително се увеличи използването на електрически машини с ниска мощност - микромашини с мощност от фракции до няколкостотин вата. Такива електрически машини се използват в инструментални устройства, средства за автоматизация и домакински уреди - прахосмукачки, хладилници, вентилатори и др. Мощността на тези двигатели е ниска, дизайнът е прост и надежден и се произвеждат в големи количества.

Електрическата енергия, генерирана в електроцентралите, трябва да бъде прехвърлена към местата на нейното потребление, предимно в големите индустриални центрове на страната, които са на много стотици, а понякога и хиляди километри от мощни електроцентрали. Но предаването на електричество не е достатъчно. Тя трябва да бъде разпределена между много различни потребители - промишлени предприятия, жилищни сгради и др. Електричеството се пренася на големи разстояния при високо напрежение (до 500 kV или повече), което осигурява минимални електрически загуби в електропроводите. Следователно, в процеса на предаване и разпределение на електрическа енергия е необходимо многократно увеличаване и намаляване на напрежението. Този процес се извършва с помощта на електромагнитни устройства, наречени трансформатори. Трансформаторът не е електрическа машина, тъй като неговата работа не е свързана с преобразуването на електрическа енергия в механична енергия или обратно. Трансформаторите трансформират само напрежението на електрическата енергия. Освен това трансформаторът е статично устройство и няма движещи се части. Въпреки това, електромагнитните процеси, протичащи в трансформаторите, са подобни на процесите, протичащи по време на работа на електрически машини. Освен това електрическите машини и трансформатори се характеризират със същия характер на електромагнитни и енергийни процеси, които възникват по време на взаимодействието на магнитно поле и проводник с ток. Поради тези причини трансформаторите са неразделна част от курса по електрически машини.

Теоретичните основи на работата на електрическите машини са положени през 1821 г. от М. Фарадей, който установява възможността за преобразуване на електрическата енергия в механична енергия и създава първия модел на електрически двигател. Произведенията на учените Д. Максуел и Е. Х. Ленц изиграха важна роля в развитието на електрическите машини. Идеята за взаимно преобразуване на електрическа и механична енергия беше доразвита в трудовете на изключителни руски учени Б. С. Якоби и М. О. Доливо Доброволски, които разработиха и създадоха конструкции на електрически двигатели, подходящи за практическа употреба.

Големите постижения в създаването на трансформатори и тяхното практическо приложение принадлежат на забележителния руски изобретател П. Н. Яблочков. В началото на 20 век са създадени почти всички основни видове електрически машини и трансформатори и са разработени основите на тяхната теория.

IN В момента местното електротехника постигна значителен успех. По-нататъшният технически прогрес определя като основна задача практическото внедряване на постиженията на електротехниката в действителното разработване на електрически задвижващи устройства за промишлени устройства и домакински уреди. Основната задача на научно-техническия прогрес е техническото преоборудване и реконструкция на производството. Електрификацията играе важна роля в решаването на този проблем. В същото време е необходимо да се вземат предвид нарастващите екологични изисквания към източниците на електроенергия и наред с традиционните е необходимо да се разработят екологични (алтернативни) методи за производство на електроенергия с помощта на енергията на слънцето, вятъра, морски приливи и термални извори.

IN В условията на научно-техническо развитие работата, свързана с подобряването на качеството на произвежданите електрически машини и трансформатори, придобива голямо значение. Решаването на този проблем е важно средство за развитие на международното икономическо сътрудничество. Съответни научни институции

И Промишлените предприятия в Русия работят за създаване на нови видове електрически машини и трансформатори, които отговарят на съвременните изисквания за качество и технико-икономически показатели на произвежданите продукти.

НА 2. Електрически машини - електромеханични

преобразуватели на енергия

Изучаването на електрическите машини се основава на знанията за физическата същност на електрическите и магнитните явления, представени в курса „Теоретични основи на електротехниката“. Следователно преди

Ориз. НА 2. Правила за дясна ръка (а) и „лява ръка“ (б)

Ориз. Б.1. Към понятията „елементарен генератор“ (а) и „елементарен двигател“ (б)

Преди да започнем да изучаваме курса „Електрически машини“, нека си припомним физическото значение на някои закони и явления, които са в основата на принципа на работа на електрическите машини, преди всичко закона за електромагнитната индукция.

Когато електрическата машина работи в генераторен режим, механичната енергия се преобразува в електрическа. Този процес се основава на закон на електромагнитната индукция: ако външна сила F действа върху проводник, поставен в магнитно поле, и го движи (фиг. B.1, a), например, отляво надясно перпендикулярно на вектора на индукция B на магнитното поле със скорост v, тогава в проводника ще се индуцира електродвижеща сила (ЕМС).

където B е магнитна индукция, T; l е активната дължина на проводника, т.е. дължината на неговата част, разположена в магнитното поле, m; v е скоростта на движение на проводника, m/s.

За да определите посоката на ЕМП, трябва да използвате правилото "дясна ръка" (фиг. B.2, a). Прилагайки това правило, ние определяме посоката на ЕМП в проводника („от нас“). Ако краищата

проводниците са затворени към външно съпротивление R (потребител), след това под въздействието на EMF E

в проводника ще възникне ток със същата посока. Така

По този начин, проводник в магнитно поле може да се разглежда в този случай като елементарен генератор, при които механичната енергия се изразходва за преместване на проводника със скорост

stu v.

В резултат на взаимодействието на тока I с магнитното поле върху проводника възниква електромагнитна сила

Посоката на силата Fem може да се определи по правилото на „лявата ръка“ (фиг. B.2, b). В разглеждания случай тази сила е насочена отдясно наляво, т.е. обратно на движението на проводника. Така в разглеждания елементарен генератор силата Fem е спирачна по отношение на движещата сила F. При равномерно движение на проводника тези сили са равни, т.е. F = Fem. Умножавайки двете страни на равенството по скоростта на проводника v, получаваме

Fv = Fem v.

Замествайки стойността Fem от (B.2) в този израз, получаваме

Лявата страна на равенството (B.3) определя стойността на механичната мощност, изразходвана за преместване на проводника в магнитно поле; дясната страна е стойността на електрическата мощност, развита в затворен контур от електрически ток I. Знакът за равенство между тези части още веднъж потвърждава, че в генератора механичната мощност Fv, изразходвана от външна сила, се преобразува в електрическа мощност EI.

Ако към проводника не се прилага външна сила F, а към него се прилага напрежение U от електрически източник, така че токът I в проводника да има посоката, показана на фиг. B.1, b, тогава върху проводника ще действа само електромагнитната сила Fem. Под въздействието на тази сила проводникът ще започне да се движи в магнитното поле. В този случай в проводника ще се индуцира емф в посока, обратна на напрежението U. Така част от напрежението U, приложено към проводника, се балансира от емф Е, индуцирано в този проводник, а другата част представлява напрежението падане на проводника:

От това равенство следва, че електрическата мощност (UI), подадена към проводника от мрежата, се преобразува частично в механична мощност (Fem v) и частично се изразходва за покриване на електрически загуби в проводника (I 2 r). Следователно проводник с ток, поставен в магнитно поле, може да се разглежда като елементарен електродвигател.

Описаните явления ни позволяват да заключим:

а) за всяка електрическа машина е необходимо да има електропроводима среда (проводници) и магнитно поле, които могат да се движат взаимно;

б) когато електрическа машина работи както в режим на генератор, така и в режим на двигател, индукцията на ЕДС в проводник, пресичащ магнитно поле, и появата на механична сила, действаща върху проводник, разположен в магнитно поле, когато електрически ток преминава през едновременно се наблюдава ток;

в) взаимното преобразуване на механична и електрическа енергия в електрическа машина може да се случи във всяка посока, тоест една и съща електрическа машина може да работи и двете

V режим на двигател и режим на генератор; това свойство на електрическите машини се наричаобратимост.

Разгледаните „елементарни“ електрически генератор и двигател отразяват само принципа на използване на основните закони и явления на електрическия ток в тях. Що се отнася до дизайна, повечето електрически машини са изградени на принципа на въртеливото движение на тяхната движеща се част. Въпреки голямото разнообразие от дизайни на електрически машини, се оказва възможно да си представим някакъв обобщен дизайн на електрическа машина. Тази конструкция (фиг. B.3) се състои от неподвижна част 1, наречена статор, и въртяща се част 2, наречена ротор. Роторът е разположен

V отвор на статора и отделен от него с въздушна междина. Една от посочените части на машината е оборудвана с елементи, които възбуждат

V машината има магнитно поле (например електромагнит или постоянен магнит), а другата има намотка, която условно ще

наречена работна намотка на машината. Както неподвижната част на машината (статор), така и подвижната част (ротор) имат ядра, направени от мек магнитен материал и с ниско магнитно съпротивление.

Ако електрическа машина работи в режим на генератор, тогава

Ориз. НА 3. Обобщена конструктивна схема на електрическа машина

При въртене на ротора (под действието на задвижващия двигател) в проводниците на работната намотка се индуцира ЕМП и при свързване на консуматор се появява електрически ток. В този случай механичната енергия на задвижващия двигател се преобразува в електрическа. Ако машината е предназначена да работи като електрически двигател, тогава работната намотка на машината е свързана към мрежата. В този случай токът, който възниква в проводниците на тази намотка, взаимодейства с магнитното поле и върху ротора възникват електромагнитни сили, което кара ротора да се върти. В този случай електрическата енергия, консумирана от двигателя от мрежата, се преобразува в механична енергия, изразходвана за активиране на всеки механизъм, машина, превозно средствои така нататък.

Възможно е също така да се проектират електрически машини, в които работната намотка е разположена на статора, а елементите, които възбуждат магнитното поле, са на ротора. Принципът на работа на машината остава същият.

Обхватът на мощността на електрическите машини е много широк - от части от вата до стотици хиляди киловати.

В.З. Класификация на електрическите машини

Използването на електрически машини като генератори и двигатели е тяхната основна цел, тъй като е свързана изключително с целта за взаимно преобразуване на електрическа и механична енергия. Въпреки това използването на електрически машини в различни отрасли на техниката може да има и други цели. По този начин консумацията на електроенергия често се свързва с преобразуване на променлив ток в постоянен ток или с преобразуване на ток с индустриална честота в ток с по-висока честота. За тези цели те използват преобразуватели на електрически машини.

Електрическите машини се използват и за усилване на мощността на електрическите сигнали. Такива електрически машини се наричат електрически машинни усилватели. Наричат ​​се електрически машини, използвани за подобряване на фактора на мощността на потребителите на електроенергия синхронни компенсатори. Наричат ​​се електрически машини, използвани за регулиране на напрежението на променлив ток индукционни регулатори.

Използването на микромашини в устройствата за автоматизация е много разнообразно. Тук електрическите машини се използват не само като двигатели, но и като тахогенератори(за преобразуване на скоростта на въртене в електрически сигнал), selsyns,

въртящи се трансформатори (за получаване на електрически сигнали, пропорционални на ъгъла на завъртане на вала) и т.н. От горните примери става ясно колко разнообразни са електрическите машини за своите цели.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Алиев, И. Електрически машини: Урокза студенти Университети / И. Алиев. - М .: RadioSoft, 2011. - 448 с.
2. Алиев, И.И. Електрически машини / I.I. Алиев. - М .: Радио и комуникации, 2012. - 448 с.
3. Алиев, И.И. Електрически машини / I.I. Алиев. - Вологда: Infra-Engineering, 2014. - 448 с.
4. Антонов, Ю.Ф. Свръхпроводящи топологични електрически машини / Ю.Ф. Антонов, Я.Б. Данилевич. - М.: Физматлит, 2009. - 368 с.
5. Бъклин, V.S. Електрически автомобили. изчисляване на двуполюсни турбогенератори. практикум: Учебник за приложна бакалавърска степен / В.С. Бъклин. - Люберци: Юрайт, 2016. - 137 с.
6. Беспалов, В.Я. Електрически машини: Учебник за студенти от институции за висше професионално образование / V.Ya. Беспалов, Н.Ф. Котеленец.. - М.: IC Academy, 2013. - 320 с.
7. Битюцки, И.Б. Електрически автомобили. DC двигател. Дизайн на курса: Учебник / I.B. Битюцки, И.В. Музилева. - Санкт Петербург: Lan, 2018. - 184 с.
8. Bruskin, A.E. Електрически машини и микромашини: Учебник / A.E. Брускин, А.Е. Зохорович, В.С. Хвостов. - М.: Алианс, 2016. - 528 с.
9. Брускин, Д.Е. Електрически машини 2 част. / Д.Е. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Опашка. - М.: Алианс, 2016. - 304 с.
10. Брускин, Д.Е. Електрически машини Част 1. / Д.Е. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Опашка. - М.: Алианс, 2016. - 319 с.
11. Ванурин, В.Н. Електрически машини: Учебник / V.N. Ванурин. - Санкт Петербург: Lan, 2016. - 352 с.
12. Ванурин, В.Н. Електрически машини: Учебник / V.N. Ванурин. - Санкт Петербург: Lan, 2016. - 304 с.
13. Woldek, A. Електрически машини Въведение в електромеханиката DC машини и трансформатори / A. Woldek. - Санкт Петербург: Питър, 2009. - 320 с.
14. Волдек, А. Електрически машини AC машини / А. Волдек. - Санкт Петербург: Питър, 2010. - 350 с.
15. Встовски, A.L. Електрически машини: Учебник / A.L. Встовски. - М.: Инфра-М, 2007. - 512 с.
16. Герман-Галкин, С.Г. Електрически автомобили Лабораторни работина компютър / S.G. Герман-Галкин. - Санкт Петербург: Корона-Век, 2010. - 256 с.
17. Герман-Галкин, С.Г. Електрически машини: Лабораторна работа на компютър / S.G. Герман-Галкин. - Санкт Петербург: Корона печат, 2007. - 256 с.
18. Герман-Галкин, С.Г. Електрически машини: Лабораторна работа на компютър / S.G. Херман-. - Санкт Петербург: Корона-Принт, 2013. - 256 с.
19. Герман-Галкин, С.Г. Електрически машини. Лабораторна работа на компютър / S.G. Герман-Галкин. - Санкт Петербург: Korona Print, 2013. - 256 с.
20. Глазков, А.В. Електрически автомобили. Лабораторна работа: Учебник / A.V. Глазков. - М.: Риор, 2018. - 478 с.
21. Епифанов, А.П. Електрически машини: Учебник / A.P. Епифанов, Г.А. Епифанов. - Санкт Петербург: Lan, 2017. - 300 с.
22. Епифанов, А.П. Електрически машини: Учебник / A.P. Епифанов. - Санкт Петербург: Lan, 2006. - 272 с.
23. Ермолин, Н.П. Електрически машини с ниска мощност / N.P. Ермолин. - М.: КноРус, 2014. - 192 с.
24. Игнатович, В.М. Електрически машини и трансформатори: Учебник за студенти / V.M. Игнатович, Ш.С. Роза. - Люберци: Юрайт, 2016. - 181 с.
25. Кацман, М.М. Електрически машини: Учебник / M.M. Кацман. - М.: Академия, 2017. - 320 с.
26. Кацман, М.М. Електрически машини / М.М. Кацман. - М.: Висше училище, 2003. - 469 с.
27. Кацман, М.М. Електрически машини: Учебник за студенти. средни професионални институции образование / М.М. Кацман. - М.: IC Academy, 2013. - 496 с.
28. Кацман, М.М. Електрически машини: Учебник / M.M. Кацман. - М.: Академия, 2016. - 48 с.
29. Кацман, М.М. Електрически машини: Учебник / M.M. Кацман. - М.: Академия, 2018. - 96 с.
30. Кацман, М.М. Електрически автомобили. справочник (спо) / M.M. Кацман. - М.: КноРус, 2019. - 288 с.
31. Копилов, И.П. Електрически машини в 2 тома, том 1: Учебник за бакалавърска степен / И.П. Копилов. - Люберци: Юрайт, 2016. - 267 с.
32. Копилов, И.П. Електрически машини в 2 тома, том 2: Учебник за бакалавърска степен / И.П. Копилов. - Люберци: Юрайт, 2016. - 407 с.
33. Копилов, И.П. Електрически машини / I.P. Копилов. - М.: Висше училище, 2006. - 607 с.
34. Копилов, И.П. Електрически машини / I.P. Копилов. - М.: Висше училище, 2009. - 607 с.
35. Копилов, И.П. Електрически машини: Учебник. В 2 t / I.P. Копилов. - Люберци: Юрайт, 2015. - 674 с.
36. Копилов, И.П. Електрически автомобили. / И.П. Копилов. - М.: Висше училище, 2006. - 607 с.
37. Лобзин, С.А. Електрически машини / S.A. Лобзин. - М.: Академия, 2016. - 32 с.
38. Лобзин, С.А. Електрически машини: Учебник / S.A. Лобзин. - М.: Академия, 2017. - 16 с.
39. Лобзин, С.А. Електрически машини: Учебник за студенти. институции на околната среда проф. образование / S.A. Лобзин. - М.: IC Academy, 2012. - 336 с.
40. Малц, Е.Л. Електротехника и електрически машини за ателиета. Университети: Учебник / E.L. Малц. - Санкт Петербург: Корона-Век, 2013. - 304 с.
41. Малц, Е.Л. Електротехника и електрически машини: Учебник за студенти от неелектрически специалности / E.L. Малц, Ю.Н. Мустафаев. - Санкт Петербург: Корона-Век, 2013. - 304 с.
42. Малц, Е.Л. Електротехника и електрически машини за ателиета. Университети: Учебник / E.L. Малц. - Санкт Петербург: Корона-Век, 2016. - 304 с.
43. Малц, Е.Л. Електротехника и електрически машини: Учебник / E.L. Малц, Ю.Н. Мустафаев. - Санкт Петербург: КОРОНА-Век, 2013. - 304 с.
44. Москаленко, В.В. Електрически машини и задвижвания: Учебник / V.V. Москаленко, М.М. Кацман. - М.: Академия, 2017. - 24 с.
45. Москаленко, В.В. Електрически машини и задвижвания: Учебник / V.V. Москаленко. - М.: Академия, 2018. - 128 с.
46. ​​​​Набиев, Ф.М. Електрически машини / F.M. Набиев. - М .: Радио и комуникация, 2012. - 292 с.
47. Набиев, Ф.М. Електрически машини: Учебник за студенти. Университети / F.M. Набиев. - М.: РадиоСофт, 2008. - 292 с.
48. Поляков, A.E. Електрически машини, електрозадвижване и системи. / А.Е. Поляков, А.В. Чесноков, Е.М. Филимонова. - М.: Форум, 2016. - 240 с.
49. Прохоров, С.Г. Електрически машини: Учебник / S.G. Прохоров, Р.А. Хуснутдинов. - Рн/Д: Феникс, 2012. - 409 с.
50. Токарев, B.F. Електрически машини: Учебник за ВУЗ / B.F. Токарев. - М.: Алианс, 2015. - 626 с.
51. Heeterer, M. Синхронни електрически машини с бутално движение. движения: Учебник / М. Хитерер, И. Овчинников. - М.: Бином-Прес, 2008. - 368 с.
52. Khiterer, M.Ya. Синхронни електрически машини с възвратно-постъпателно движение: Учебник за специалностите "Електромеханика" и "Електрозадвижване и автоматизация" / М.Я. Хедърър. - Санкт Петербург: Корона-Принт, 2013. - 368 с.
53. Шумилов, Р.Н. Електрически машини: Учебник / R.N. Шумилов, Ю.И. Толстова, А.Н. Бояршинов. - Санкт Петербург: Lan, 2016. - 352 с.