El mašine Katsman. Katsman M.M. Električni automobili. § AT 2. Električne mašine - elektromehanički pretvarači energije

Vidi također:
• (Dokument)
• Katsman M.M. Električne mašine (dokument)
• Booth D.A. Beskontaktne električne mašine (Dokument)
• Katsman M.M. Električne mašine, instrumentacioni uređaji i oprema za automatizaciju (Dokument)
• Kritsshtein A.M. Elektromagnetna kompatibilnost u elektroenergetskoj industriji: Vodič za učenje (Dokument)
• Andrianov V.N. Električne mašine i aparati (Dokument)
• Katsman M.M. Priručnik za električne mašine (dokument)
• German-Galkin S.G., Kardonov G.A. Električni automobili. Laboratorijski rad na računaru (Dokument)
• Kochegarov B.E., Lotsmanenko V.V., Oparin G.V. Kućni aparati i aparati. Tutorial. Dio 1 (Dokument)
• Kopylov I.P. Priručnik električnih mašina, tom 1 (Dokument)
• Kritsshtein A.M. Električne mašine (dokument)

n1.doc

Uvod

§ U 1. Namjena električnih mašina i transformatora

Elektrifikacija se provodi putem električnih proizvoda koje proizvodi elektroindustrija. Glavna grana ove industrije je elektrotehnika, bavi se razvojem i proizvodnjom električnih mašina i transformatora.

Električna mašina je elektromehanički uređaj koji vrši međusobnu konverziju mehaničke i električne energije. Električnu energiju u elektranama proizvode električne mašine - generatori koji pretvaraju mehaničku energiju u električnu. Najveći dio električne energije (do 80%) proizvodi se u termoelektranama, gdje se pri sagorijevanju hemijskih goriva (ugalj, treset, plin) voda zagrijava i pretvara u paru. visokog pritiska. Potonji se dovodi u turbinu, gdje, šireći se, uzrokuje rotaciju rotora turbine ( toplotnu energiju u turbini se pretvara u mehanički). Rotacija rotora turbine prenosi se na osovinu generatora (turbogeneratora). Kao rezultat elektromagnetnih procesa koji se odvijaju u generatoru, mehanička energija se pretvara u električnu energiju.

Proces proizvodnje električne energije u nuklearnim elektranama sličan je termoelektranama, s jedinom razlikom što se umjesto kemijskog goriva koristi nuklearno gorivo.

Proces proizvodnje električne energije u hidroelektranama je sljedeći: voda podignuta branom do određenog nivoa ispušta se na impeler hidraulične turbine; Rezultirajuća mehanička energija rotacijom turbinskog točka prenosi se na osovinu električnog generatora, u kojem se mehanička energija pretvara u električnu energiju.

U procesu trošenja električne energije ona se pretvara u druge vrste energije (toplinsku, mehaničku, hemijsku). Oko 70% električne energije koristi se za pogon mašina, mehanizama i vozila, odnosno za pretvaranje u mehaničku energiju. Ovu transformaciju izvode električne mašine - električni motori.

Elektromotor je glavni element električnog pogona radnih mašina. Dobra upravljivost električne energije i lakoća distribucije omogućili su široku primenu višemotornih elektromotornih pogona za radne mašine u industriji, kada su pojedinačne veze radna mašina pokretani nezavisnim motorima. Višemotorni pogon značajno pojednostavljuje mehanizam radne mašine (smanjuje se broj mehaničkih zupčanika koji povezuju pojedine delove mašine) i stvara velike mogućnosti za automatizaciju raznih tehnološkim procesima. Elektromotori se široko koriste u transportu kao vučni motori koji pokreću parove kotača električnih lokomotiva, električnih vozova, trolejbusa itd.

Iza U poslednje vreme Upotreba električnih mašina se značajno povećala niske snage- mikromašine snage od frakcija do nekoliko stotina vati. Takve električne mašine se koriste u uređajima za automatizaciju i računarsku tehnologiju.

Posebnu klasu električnih mašina čine motori za domaćinstvo električnih uređaja- usisivači, frižideri, ventilatori itd. Snaga ovih motora je mala (od nekoliko do stotina vati), dizajn je jednostavan i pouzdan, a proizvode se u velikim količinama.

Električna energija proizvedena u elektranama mora se prenositi do mjesta njene potrošnje, prvenstveno do velikih industrijskih centara zemlje, udaljenih od moćne elektrane na stotine, a ponekad i hiljade kilometara. Ali prijenos električne energije nije dovoljan. Mora se distribuirati među mnogo različitih potrošača - industrijska preduzeća, transport, stambene zgrade, itd. Električna energija se prenosi na velike udaljenosti koristeći visokog napona(do 500 kV i više), što osigurava minimalne električne gubitke u dalekovodima. Stoga je u procesu prijenosa i distribucije električne energije potrebno više puta povećavati i smanjivati ​​napon. Ovaj proces se izvodi putem elektromagnetnih uređaja tzv transformatori. Transformator nije električna mašina, jer njegov rad nije vezan za pretvaranje električne energije u mehaničku i obrnuto; samo pretvara napon u električnu energiju. Štaviše, transformator je statičan uređaj i nema pokretnih dijelova. Međutim, elektromagnetski procesi koji se dešavaju u transformatorima slični su procesima koji se dešavaju tokom rada električnih mašina. Štaviše, električne mašine i transformatore karakteriše ista priroda elektromagnetnih i energetskih procesa koji nastaju tokom interakcije magnetsko polje i provodnik koji nosi struju. Iz tih razloga, transformatori čine sastavni dio kursa električnih mašina.

Grana nauke i tehnologije koja se bavi razvojem i proizvodnjom električnih mašina i transformatora naziva se elektrotehnike.Teorijska osnova Elektromašinstvo je 1821. godine osnovao M. Faraday, koji je ustanovio mogućnost pretvaranja električne energije u mehaničku energiju i stvorio prvi model elektromotora. Radovi naučnika D. Maxwella i E. H. Lenza odigrali su važnu ulogu u razvoju elektrotehnike. Dalji razvoj ideje o međusobnoj transformaciji električnih i mehanička energija primio u radovima istaknutih ruskih naučnika B. S. Jacobija i M. O. Dolivo-Dobrovolskog, koji su razvili i kreirali dizajne elektromotora pogodne za praktičnu upotrebu. Velika dostignuća u stvaranju transformatora i njihovoj praktičnoj primeni pripadaju izuzetnom ruskom pronalazaču P.N. Yablochkov. Početkom 20. stoljeća stvoreni su svi glavni tipovi električnih mašina i transformatora i razvijeni su temelji njihove teorije.

Trenutno je domaća elektrotehnika postigla značajan uspjeh. Ako početkom ovog stoljeća u Rusiji praktično nije bilo elektrotehnike kao samostalne grane industrije, onda je u proteklih 50-70 godina stvorena grana elektroindustrije - elektrotehnika, sposobna da zadovolji potrebe naših razvija Nacionalna ekonomija u električnim mašinama i transformatorima. Osposobljen je kadar kvalifikovanih graditelja električnih mašina - naučnika, inženjera i tehničara.

Dalji tehnički napredak definiše kao glavni zadatak konsolidaciju uspjeha elektrotehnike kroz praktičnu primjenu najnovijih dostignuća elektrotehnike u stvarnom razvoju elektropogonskih uređaja za industrijske uređaje i proizvode. kućanskih aparata. Implementacija ovoga zahtijeva transfer proizvodnje u pretežno intenzivan put razvoj. Osnovni zadatak je povećanje tempa i efikasnosti privrednog razvoja na osnovu ubrzanja naučno-tehnološkog napretka, tehničkog preuređenja i rekonstrukcije proizvodnje i intenzivnog korišćenja stvorenog proizvodnog potencijala. Značajna uloga u rješavanju ovog problema pripisuje se elektrifikaciji nacionalne privrede.

Istovremeno, potrebno je uzeti u obzir sve veće ekološke zahtjeve za izvorima energije i, uz tradicionalnim načinima razviti ekološki prihvatljive (alternativne) metode za proizvodnju električne energije korištenjem solarne energije, vjetra, morske oseke, termalni izvori. Široko implementiran automatizovani sistemi u raznim sferama nacionalne ekonomije. Glavni element ovih sistema je automatizovani električni pogon, stoga je potrebno ubrzanim tempom povećati proizvodnju automatizovanih elektromotornih pogona.

U kontekstu naučnog i tehnološkog razvoja veliki značaj steći poslove koji se odnose na poboljšanje kvaliteta proizvedenih električnih mašina i transformatora. Rješavanje ovog problema je važno sredstvo razvoja međunarodne ekonomske saradnje. Relevantan naučne institucije I industrijska preduzeća Rusija radi na stvaranju novih tipova električnih mašina i transformatora koji zadovoljavaju savremeni zahtevi na kvalitet i tehničko-ekonomske pokazatelje proizvedenih proizvoda.

§ AT 2. Električne mašine - elektromehanički pretvarači energije

Rice. U 1. Na koncept "elementarnog generatora" (A) i "osnovni motor" (b)

Tokom rada električne mašine u generatorskom režimu, mehanička energija se pretvara u električnu energiju. Objašnjena je priroda ovog procesa elek lawtromagnetna indukcija: ako je vanjska sila F uticati na provodnik postavljen u magnetsko polje i pomerati ga (slika B.1, a), na primer, s leva na desno okomito na vektor indukcije IN magnetnog polja sa brzinom , tada će provodnik biti indukovan elektromotorna sila(EMF)

E=Blv,(B.1)

gdje unutra - magnetna indukcija, T; l je aktivna dužina provodnika, odnosno dužina njegovog dijela koji se nalazi u magnetskom polju, m;  - brzina provodnika, m/s.

Rice. U 2. pravila " desna ruka" i "lijeva ruka"

Da biste odredili smjer EMF-a, trebali biste koristiti pravilo “desne ruke” (slika B.2, A). Primjenom ovog pravila određujemo smjer EMF-a u vodiču (udaljeno od nas). Ako su krajevi vodiča kratko spojeni na vanjski otpor R (potrošač), tada će pod utjecajem EMF-a u vodiču nastati struja istog smjera. Dakle, provodnik u magnetskom polju se u ovom slučaju može smatrati kao osnovnony generator.

Kao rezultat interakcije struje I sa magnetnim poljem nastaje elektromagnetska sila koja djeluje na provodnik

F EM = BlI. (AT 2)

Smjer sile F EM može se odrediti pravilom “lijeve ruke” (slika B.2, b ). U razmatranom slučaju ova sila je usmjerena s desna na lijevo, tj. suprotno kretanju provodnika. Dakle, u elementarnom generatoru koji se razmatra, sila F EM je inhibitorno u odnosu na pokretačka snaga F .

At ravnomerno kretanje kondukter F = F EM . Pomnožimo obje strane jednakosti brzinom provodnika, dobijemo

F = F EM 

Zamenimo vrednost F EM u ovaj izraz iz (B.2):

F = BlI = EI (V.Z)

Lijeva strana jednakosti određuje vrijednost mehanička snaga, potrošeno na pomicanje provodnika u magnetskom polju; desni deo- vrijednost električne snage razvijene u zatvorenom kolu električnom strujom I. Znak jednakosti između ovih dijelova pokazuje da se u generatoru mehanička snaga koju troši vanjska sila pretvara u električnu snagu.

Ako je vanjska sila F ne primjenjuju se na provodnik, već na njega dovode napon U iz električnog izvora tako da struja I u provodniku ima smjer prikazan na sl. V.1, b , tada će na provodnik djelovati samo elektromagnetna sila F EM . Pod uticajem ove sile, provodnik će se početi kretati u magnetnom polju. U tom slučaju u vodiču se inducira emf u smjeru suprotnom od napona U. Dakle, dio napona U, primijenjen na provodnik je uravnotežen emf E, induciran u ovom vodiču, a drugi dio je pad napona u vodiču:

U = E + Ir, (B.4)

gdje je r - električni otpor provodnika.

Pomnožimo obje strane jednakosti sa strujom I:

UI = EI + I 2 r.

Umjesto toga E EMF vrijednost iz (B.1), dobijamo

UI =BlI + I 2 r,

ili, prema (B.2),

UI=F EM  + I 2 r. (AT 5)

Iz ove jednakosti slijedi da električna energija (UI), ulazak u provodnik se delimično pretvara u mehanički (F EM  ), a djelomično se troši na pokrivanje električnih gubitaka u vodiču ( I 2 r). Stoga se provodnik sa strujom postavljen u magnetsko polje može smatrati kao elementelektromotor kontejnera.

Razmatrani fenomeni nam omogućavaju da zaključimo: a) za bilo koju električnu mašinu potrebno je prisustvo električno provodnog medija (provodnika) i magnetnog polja koje se može međusobno kretati; b) kada električna mašina radi i u generatorskom i u motornom režimu, indukcija EMF-a u provodniku koji prelazi magnetsko polje i nastanak sile koja deluje na provodnik koji se nalazi u magnetskom polju kada kroz njega teče električna struja istovremeno se posmatraju; c) do međusobne transformacije mehaničke i električne energije u električnoj mašini može doći u bilo kom pravcu, tj. ista električna mašina može da radi u režimu motora i generatora; ovo svojstvo električnih mašina naziva se reverzibilnost. Princip reverzibilnosti električnih mašina prvi je uspostavio ruski naučnik E. X. Lenz.

Smatra se "elementarnim" električni generator a motor odražavaju samo princip korištenja osnovnih zakona i pojava električne struje u njima. Kao za dizajn, tada je većina električnih mašina izgrađena na principu rotacionog kretanja njihovog pokretnog dijela. Unatoč širokoj raznolikosti dizajna električnih strojeva, pokazalo se da je moguće zamisliti neki generalizirani dizajn električne mašine. Ovaj dizajn (slika B.3) se sastoji od fiksnog dijela 1, tzv stator, i rotirajući dio 2 tzv rotorus Rotor se nalazi u provrtu statora i odvojen je od njega zračnim rasporom. Jedan od ovih delova mašine je opremljen elementima koji pobuđuju magnetno polje u mašini (na primer, elektromagnet ili permanentni magnet), a drugi ima namotaj koji ćemo konvencionalno nazvati radi okoklupko mašine. I stacionarni dio mašine (stator) i pokretni dio (rotor) imaju jezgra izrađena od mekog magnetskog materijala i niske magnetne otpornosti.

Rice. V.Z. Generalizirano dijagram dizajna električna mašina

Ako električna mašina radi u generatorskom režimu, tada kada se rotor rotira (pod dejstvom pogonskog motora), u provodnicima radnog namota se inducira EMF i kada je potrošač priključen, pojavljuje se emf struja. U tom slučaju se mehanička energija pogonskog motora pretvara u električnu energiju. Ako je mašina predviđena da radi kao elektromotor, tada je radni namotaj mašine priključen na mrežu. U tom slučaju, struja stvorena u provodnicima namotaja stupa u interakciju s magnetskim poljem i na rotor nastaju elektromagnetne sile, uzrokujući rotor rotora. U ovom slučaju, električna energija koju motor troši iz mreže pretvara se u mehaničku energiju koja se troši na rotaciju bilo kojeg mehanizma, stroja itd.

Moguće je projektovati i električne mašine kod kojih se radni namotaj nalazi na statoru, a elementi koji pobuđuju magnetsko polje nalaze se na rotoru. Princip rada mašine ostaje isti.

Raspon snage električnih mašina je vrlo širok - od djelića wata do stotina hiljada kilovata.

§ V.Z. Klasifikacija električnih mašina

Električne mašine se takođe koriste za pojačavanje snage. električni signali. Takve električne mašine se nazivaju pojačivača električnih mašina. Električne mašine koje se koriste za poboljšanje faktora snage potrošača električne energije nazivaju se sinhrona kompenzacijaTori. Električne mašine koje se koriste za regulaciju napona naizmenične struje nazivaju se regulacija indukcijeTori

Veoma raznovrsna primena mikromašine u automatizaciji i uređajima računarske tehnologije. Ovdje se električne mašine koriste ne samo kao motori, već i kao tahogeneratori(za pretvaranje brzine rotacije u električni signal), selsins, rotirajući transformatori(za primanje električnih signala proporcionalnih kutu rotacije osovine) itd.

Iz navedenih primjera jasno je koliko je raznolika podjela električnih strojeva prema njihovoj namjeni.

Razmotrimo klasifikaciju električnih strojeva prema principu rada, prema kojem su sve električne mašine podijeljene na bezčetkice i komutatore, koji se razlikuju i po principu rada i po dizajnu. Mašine bez četkica su AC mašine. Dijele se na asinhrone i sinhrone. A sinhrone mašine Koriste se prvenstveno kao motori, dok se sinhroni koriste i kao motori i kao generatori. Komutatorske mašine se uglavnom koriste za rad na jednosmernoj struji kao generatori ili motori. Samo komutatorske mašine male snage se prave u univerzalne motore koji mogu da rade i na jednosmernoj i naizmeničnoj mreži.

Električne mašine istog principa rada mogu se razlikovati u obrascima povezivanja ili drugim karakteristikama koje utiču na radna svojstva ovih mašina. Na primjer, asinhrone i sinhrone mašine mogu biti trofazne (uključene u trofazna mreža), kondenzatorski ili jednofazni. U zavisnosti od konstrukcije namotaja rotora, asinhrone mašine se dele na mašine sa kaveznim rotorom i mašine sa namotanog rotora. Sinhrone mašine i komutatorske mašine jednosmerna struja u zavisnosti od načina stvaranja magnetskog pobudnog polja u njima, dijele se na strojeve s pobudnim namotom i strojeve sa trajni magneti. Na sl. B.4 predstavlja dijagram klasifikacije električnih mašina, koji sadrži glavne tipove električnih mašina koje su dobile najveća primena u modernom elektro pogonu. Ista klasifikacija električnih mašina čini osnovu za izučavanje predmeta „Električne mašine“.

TO
Predmet „Električne mašine”, pored samih električnih mašina, obuhvata i proučavanje transformatora. Transformatori su statički pretvarači električne energije naizmjenične struje. Odsustvo bilo kakvih rotirajućih dijelova daje transformatorima dizajn koji ih u osnovi razlikuje od električnih strojeva. Međutim, princip rada transformatora, kao i princip rada električnih mašina, zasniva se na fenomenu elektromagnetne indukcije, te stoga mnoge odredbe teorije transformatora čine osnovu teorije električnih mašina naizmenične struje.

Električne mašine i transformatori su glavni elementi svakog energetskog sistema ili instalacije, stoga za stručnjake koji rade u proizvodnji ili radu električnih mašina, poznavanje teorije i razumevanje fizičke suštine elektromagnetnih, mehaničkih i termičkih procesa koji se dešavaju u električnim mašinama a transformatori su tokom njihovog rada neophodni.

SREDNJE STRUČNO OBRAZOVANJE

M. M. KATSMAN

„Savezni zavod za razvoj obrazovanja“ kao udžbenik za upotrebu u obrazovnom procesu obrazovne institucije implementacija Federalnog državnog obrazovnog standarda za srednje stručno obrazovanje u grupi specijalnosti 140400 „Elektroenergetika i elektrotehnika“

12. izdanje, stereotipno

RECENZENT:

E. P. Rudobaba (Moskovska večernja elektromehanička

tehnička škola po imenu L. B. Krasina)

Katsman M. M.

K 307 Električne mašine: udžbenik za studente. institucije prof. obrazovanje / M. M. Katsman. - 12. izdanje, izbrisano. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2013. - 496 str.

ISBN 978&5&7695&9705&3

U udžbeniku se razmatra teorija, princip rada, projektovanje i analiza režima rada električnih mašina i transformatora, kako opštih tako i posebne namjene, koji su postali rasprostranjeni u raznim granama tehnike.

Udžbenik se može koristiti prilikom savladavanja profesionalni modul PM.01. „Organizacija Održavanje i popravka električne i elektromehaničke opreme" (MDK.01.01) u specijalnosti 140448" Tehnički rad i održavanje električne i elektromehaničke opreme.”

Za učenike srednjih ustanova stručno obrazovanje. Može biti korisno za studente.

UDK 621.313(075.32) BBK 31.26ya723

Originalni izgled ove publikacije vlasništvo je Izdavačkog centra Akademije i zabranjeno je njeno umnožavanje na bilo koji način bez pristanka nosioca autorskih prava.

© M. M. Katsman, 2006

© T.I.Svetova, naslednica Katsman M.M., 2011

© Obrazovno i izdavaštvo Centar "Akademija", 2011

ISBN 978 5 7695 9705 3 © Dizajn. Izdavački centar "Akademija", 2011

PREDGOVOR

Udžbenik je napisan u skladu sa programe obuke predmet "Električne mašine" za specijalnosti "Električne mašine i uređaji", "Elektroizolaciona, kablovska i kondenzatorska oprema" i "Tehnički rad, održavanje i popravka električne i elektromehaničke opreme" srednjih stručnih obrazovnih ustanova.

Knjiga sadrži osnove teorije, opis dizajna i analizu radnih svojstava transformatora i električnih mašina. Osim toga, daje primjere rješavanja problema, čemu će svakako doprinijeti bolje razumijevanje pitanja koja se proučavaju.

Udžbenik usvaja sledeći redosled izlaganja gradiva: transformatori, asinhrone mašine, sinhrone mašine, komutatorske mašine. Ovakav slijed studija olakšava savladavanje predmeta i najpotpunije odgovara postojećem stanju i trendovima u razvoju elektrotehnike. Zajedno sa električnim mašinama opće namjene U udžbeniku se razmatraju neke vrste transformatora i električnih mašina za posebne namene, daju se informacije o tehnički nivo moderne serije električne mašine sa opisom karakteristika njihovog dizajna.

Glavna pažnja u udžbeniku posvećena je otkrivanju fizičke suštine pojava i procesa koji određuju rad uređaja koji se razmatraju.

Način izlaganja gradiva usvojen u knjizi zasniva se na dugogodišnjem iskustvu u nastavi predmeta „Električne mašine“.

UVOD

U 1. Namjena električnih mašina

i transformatori

Elektrifikacija je široko rasprostranjeno uvođenje u industriju, poljoprivredu, transport i svakodnevni život električne energije proizvedene u moćnim elektranama povezanim visokonaponskim električnim mrežama u energetske sisteme.

Elektrifikacija se vrši putem uređaja koje proizvodi elektroindustrija. Glavna grana ove industrije je elektrotehnike, bavi se razvojem i proizvodnjom električnih mašina i transformatora.

Električna mašina je elektromehanički uređaj koji vrši međusobnu transformaciju mehaničke i električne energije. Električnu energiju u elektranama proizvode električne mašine - generatori koji pretvaraju mehaničku energiju u električnu.

Najveći dio električne energije (do 80%) proizvodi se u termoelektranama, gdje se pri sagorijevanju hemijskih goriva (ugalj, treset, gas) voda zagrijava i pretvara u paru visokog pritiska. Potonje se servira parna turbina, gdje, šireći se, uzrokuje rotaciju rotora turbine (toplotna energija u turbini se pretvara u mehaničku energiju). Rotacija rotora turbine prenosi se na osovinu generatora (turbogeneratora). Kao rezultat elektromagnetnih procesa koji se odvijaju u generatoru, mehanička energija se pretvara u električnu energiju.

Proces proizvodnje električne energije u nuklearnim elektranama sličan je procesu u termoelektrani, s jedinom razlikom što se umjesto kemijskog goriva koristi nuklearno gorivo.

U hidroelektranama proces proizvodnje električne energije je sljedeći: voda podignuta branom do određenog nivoa ispušta se na propeler hidraulične turbine; Mehanička energija dobijena u ovom slučaju rotacijom turbinskog točka prenosi se na osovinu električnog generatora (generator vodonika), u kojem se mehanička energija pretvara u električnu energiju.

U procesu trošenja električne energije ona se pretvara u druge vrste energije (toplinsku, mehaničku, hemijsku). Oko 70% električne energije se koristi za pogon mašina, mehanizama, vozila, tj

njegovo formiranje u mehaničku energiju. Ovu transformaciju izvode električne mašine - električni motori.

Elektromotor je glavni element električnog pogona radnih mašina. Dobra upravljivost električne energije i jednostavnost njene distribucije omogućili su široku primenu višemotornih elektromotornih pogona radnih mašina u industriji, kada se pojedini delovi radne mašine pokreću sopstvenim motorima. Višemotorni pogon značajno pojednostavljuje mehanizam radne mašine (smanjen je broj mehaničkih transmisija koji povezuju pojedine delove mašine) i stvara velike mogućnosti za automatizaciju različitih tehnoloških procesa. Elektromotori se široko koriste u transportu kao vučni motori koji pokreću parove kotača električnih lokomotiva, električnih vozova, trolejbusa itd.

Nedavno se značajno povećala upotreba električnih mašina male snage – mikromašina čija se snaga kreće od frakcija do nekoliko stotina vati. Takve električne mašine se koriste u instrumentalnih uređaja, opremu za automatizaciju i kućanske aparate - usisivače, frižidere, ventilatore itd. Snaga ovih motora je mala, dizajn je jednostavan i pouzdan, a proizvode se u velikim količinama.

Električna energija proizvedena u elektranama mora se prenijeti na mjesta njene potrošnje, prvenstveno u velike industrijske centre zemlje, koji su stotinama, a ponekad i hiljadama kilometara udaljeni od moćnih elektrana. Ali prijenos električne energije nije dovoljan. Mora se distribuirati među različitim potrošačima - industrijskim preduzećima, stambenim zgradama itd. Električna energija se prenosi na velike udaljenosti na visokom naponu (do 500 kV ili više), što osigurava minimalne električne gubitke u dalekovodima. Stoga je u procesu prijenosa i distribucije električne energije potrebno više puta povećavati i smanjivati ​​napon. Ovaj proces se izvodi pomoću elektromagnetnih uređaja tzv transformatori. Transformator nije električna mašina, jer njegov rad nije povezan sa pretvaranjem električne energije u mehaničku ili obrnuto. Transformatori transformišu samo napon električne energije. Štaviše, transformator je statičan uređaj i nema pokretnih dijelova. Međutim, elektromagnetski procesi koji se dešavaju u transformatorima slični su procesima koji se dešavaju tokom rada električnih mašina. Štaviše, električne mašine i transformatore karakteriše ista priroda elektromagnetnih i energetskih procesa koji nastaju tokom interakcije magnetnog polja i provodnika sa strujom. Iz tih razloga, transformatori čine sastavni dio toka električnih mašina.

Teorijske osnove rada električnih mašina postavio je 1821. M. Faraday, koji je ustanovio mogućnost pretvaranja električne energije u mehaničku energiju i stvorio prvi model elektromotora. Radovi naučnika D. Maxwella i E. H. Lenza odigrali su važnu ulogu u razvoju električnih mašina. Ideja o međusobnoj konverziji električne i mehaničke energije dalje je razvijena u radovima istaknutih ruskih naučnika B. S. Jacobija i M. O. Dolivo Dobrovolskog, koji su razvili i kreirali konstrukcije elektromotora pogodne za praktičnu upotrebu.

Velika dostignuća u stvaranju transformatora i njihovoj praktičnoj primeni pripadaju izuzetnom ruskom pronalazaču P. N. Yablochkovu. Početkom 20. stoljeća stvoreni su gotovo svi glavni tipovi električnih mašina i transformatora i razvijeni su temelji njihove teorije.

IN Trenutno je domaća elektrotehnika postigla značajan uspjeh. Dalji tehnički napredak definiše kao glavni zadatak praktičnu implementaciju dostignuća elektrotehnike u aktuelnom razvoju elektropogonskih uređaja za industrijske uređaje i kućne aparate. Osnovni zadatak naučno-tehničkog napretka je tehničko preopremanje i rekonstrukcija proizvodnje. Elektrifikacija igra značajnu ulogu u rješavanju ovog problema. Istovremeno, potrebno je voditi računa o rastućim ekološkim zahtjevima za izvorima električne energije te je, uz tradicionalne, potrebno razviti ekološki prihvatljive (alternativne) metode proizvodnje električne energije korištenjem energije sunca, vjetra, morske oseke i termalni izvori.

IN U uslovima naučnog i tehničkog razvoja veliki značaj dobijaju radovi na poboljšanju kvaliteta proizvedenih električnih mašina i transformatora. Rješavanje ovog problema je važno sredstvo razvoja međunarodne ekonomske saradnje. Relevantne naučne institucije

I Industrijska preduzeća u Rusiji rade na stvaranju novih tipova električnih mašina i transformatora koji ispunjavaju savremene zahteve za kvalitetom i tehničko-ekonomskim pokazateljima proizvedenih proizvoda.

U 2. Električne mašine - elektromehaničke

pretvarači energije

Izučavanje električnih mašina zasniva se na poznavanju fizičke suštine električnih i magnetnih pojava, iznesenih u okviru predmeta „Teorijske osnove elektrotehnike“. Stoga, prije

Rice. U 2. Pravila desne ruke ( a) i "lijeva ruka" (b)

Rice. B.1. Na koncepte "elementarnog generatora" (a) i "elementarnog motora" (b)

Prije nego počnemo izučavati predmet „Električne mašine“, prisjetimo se fizičkog značenja nekih zakona i pojava koje su u osnovi principa rada električnih mašina, prije svega zakona elektromagnetne indukcije.

Tokom rada električne mašine u generatorskom režimu, mehanička energija se pretvara u električnu energiju. Ovaj proces se zasniva na zakon elektromagnetne indukcije: ako vanjska sila F djeluje na provodnik smješten u magnetskom polju i pomiče ga (slika B.1, a), na primjer, s lijeva na desno okomito na vektor indukcije B magnetskog polja brzinom v, tada elektromotorna sila (EMF) će biti indukovana u provodniku

gdje je B magnetska indukcija, T; l je aktivna dužina provodnika, odnosno dužina njegovog dijela koji se nalazi u magnetskom polju, m; v je brzina kretanja provodnika, m/s.

Da biste odredili smjer EMF-a, trebali biste koristiti pravilo “desne ruke” (slika B.2, a). Primjenom ovog pravila određujemo smjer EMF-a u vodiču („od nas“). Ako krajevi

provodnici su zatvoreni na vanjski otpor R (potrošača), zatim pod utjecajem EMF E

u provodniku će nastati struja istog smjera. Dakle

Dakle, provodnik u magnetskom polju se u ovom slučaju može smatrati kao elementarni generator, u kojem se mehanička energija troši na kretanje provodnika brzinom

stu v.

Kao rezultat interakcije struje I sa magnetskim poljem, na vodiču se pojavljuje elektromagnetska sila

Smjer sile Fem može se odrediti pravilom “lijeve ruke” (slika B.2, b). U slučaju koji se razmatra, ova sila je usmjerena s desna na lijevo, odnosno suprotno kretanju provodnika. Dakle, u razmatranom elementarnom generatoru sila Fem je kočna u odnosu na pogonsku silu F. Kod ravnomjernog kretanja provodnika ove sile su jednake, tj. F = Fem. Pomnožimo obje strane jednakosti brzinom provodnika v, dobivamo

Fv = Fem v.

Zamjenom vrijednosti Fem iz (B.2) u ovaj izraz dobijamo

Lijeva strana jednakosti (B.3) određuje vrijednost mehaničke snage koja se troši na kretanje provodnika u magnetskom polju; desna strana je vrijednost električne snage razvijene u zatvorenoj petlji električnom strujom I. Znak jednakosti između ovih dijelova još jednom potvrđuje da se u generatoru mehanička snaga Fv koju troši vanjska sila pretvara u električnu snagu EI.

Ako se vanjska sila F ne primjenjuje na provodnik, već se na njega primjenjuje napon U iz električnog izvora tako da struja I u vodiču ima smjer prikazan na sl. B.1, b, tada će na provodnik djelovati samo elektromagnetna sila Fem. Pod uticajem ove sile, provodnik će se početi kretati u magnetnom polju. U ovom slučaju, emf će se inducirati u vodiču u smjeru suprotnom od napona U. Dakle, dio napona U primijenjenog na provodnik je uravnotežen emf E induciranom u ovom vodiču, a drugi dio čini napon pad provodnika:

Iz ove jednakosti proizlazi da se električna snaga (UI) koja se napaja provodniku iz mreže djelimično pretvara u mehaničku snagu (Fem v), a dijelom troši na pokrivanje električnih gubitaka u vodiču (I 2 r). Stoga se provodnik sa strujom postavljen u magnetsko polje može smatrati kao elementarnog elektromotora.

Opisani fenomeni nam omogućavaju da zaključimo:

a) za svaku električnu mašinu potrebno je imati električno provodljiv medij (provodnike) i magnetsko polje koje se može međusobno kretati;

b) kada električna mašina radi i u generatorskom i u motornom režimu, indukcija emf u provodniku koji prolazi kroz magnetsko polje i pojava mehaničke sile koja deluje na provodnik koji se nalazi u magnetskom polju kada električna struja prolazi kroz istovremeno se posmatra struja;

c) međusobna transformacija mehaničke i električne energije u električnoj mašini može se desiti u bilo kom smeru, odnosno ista električna mašina može da radi i

V način rada motora i generator; ovo svojstvo električnih mašina naziva se reverzibilnost.

Razmatrani “elementarni” električni generator i motor odražavaju samo princip korištenja osnovnih zakona i pojava električne struje u njima. Što se tiče dizajna, većina električnih mašina izgrađena je na principu rotacionog kretanja njihovog pokretnog dijela. Unatoč širokoj raznolikosti dizajna električnih strojeva, pokazalo se da je moguće zamisliti neki generalizirani dizajn električne mašine. Ovaj dizajn (slika B.3) sastoji se od stacionarnog dijela 1, koji se zove stator, i rotacionog dijela 2, koji se naziva rotor. Rotor se nalazi

V stator probušen i odvojen od njega vazdušnim rasporom. Jedan od navedenih dijelova mašine je opremljen elementima koji uzbuđuju

V mašina ima magnetno polje (npr. elektromagnet ili permanentni magnet), a druga ima namotaj, što ćemo uslovno

naziva se radni namotaj mašine. I stacionarni dio mašine (stator) i pokretni dio (rotor) imaju jezgra izrađena od mekog magnetskog materijala i niske magnetne otpornosti.

Ako električna mašina radi u generatorskom režimu, onda

Rice. U 3. Generalni dijagram dizajna električne mašine

Kada se rotor rotira (pod dejstvom pogonskog motora), u provodnicima radnog namotaja se inducira EMF i kada je potrošač priključen, pojavljuje se električna struja. U tom slučaju se mehanička energija pogonskog motora pretvara u električnu energiju. Ako je mašina predviđena da radi kao elektromotor, tada je radni namotaj mašine priključen na mrežu. U ovom slučaju, struja koja nastaje u provodnicima ovog namota stupa u interakciju s magnetskim poljem i na rotor nastaju elektromagnetske sile, uzrokujući rotaciju rotora. U ovom slučaju, električna energija koju motor troši iz mreže pretvara se u mehaničku energiju koja se troši da aktivira bilo koji mehanizam, mašinu, vozilo i tako dalje.

Moguće je projektovati i električne mašine kod kojih se radni namotaj nalazi na statoru, a elementi koji pobuđuju magnetsko polje nalaze se na rotoru. Princip rada mašine ostaje isti.

Raspon snage električnih mašina je vrlo širok - od djelića wata do stotina hiljada kilovata.

V.Z. Klasifikacija električnih mašina

Upotreba električnih mašina kao generatora i motora je njihova osnovna svrha, budući da je vezana isključivo za svrhu međusobne konverzije električne i mehaničke energije. Međutim, upotreba električnih mašina u različitim granama tehnike može imati i druge svrhe. Stoga se potrošnja električne energije često povezuje sa pretvaranjem naizmjenične struje u jednosmjernu ili s pretvaranjem struje industrijske frekvencije u struju više frekvencije. U te svrhe koriste pretvarači električnih mašina.

Električne mašine se takođe koriste za pojačavanje snage električnih signala. Takve električne mašine se nazivaju pojačivača električnih mašina. Električne mašine koje se koriste za poboljšanje faktora snage potrošača električne energije nazivaju se sinhroni kompenzatori. Električne mašine koje se koriste za regulaciju napona naizmenične struje nazivaju se indukcijski regulatori.

Upotreba mikromašina u uređajima za automatizaciju je vrlo raznolika. Ovdje se električne mašine koriste ne samo kao motori, već i kao tahogeneratori(za pretvaranje brzine rotacije u električni signal), selsins,

rotirajućim transformatorima (za primanje električnih signala proporcionalnih kutu rotacije osovine) itd. Iz navedenih primjera jasno je koliko su električne mašine različite po svojoj namjeni.

BIBLIOGRAFIJA

1. Aliev, I. Električne mašine: Tutorial za studente Univerziteti / I. Aliev. - M.: RadioSoft, 2011. - 448 str.
2. Aliev, I.I. Električne mašine / I.I. Aliev. - M.: Radio i komunikacije, 2012. - 448 str.
3. Aliev, I.I. Električne mašine / I.I. Aliev. - Vologda: Infra-Inženjering, 2014. - 448 str.
4. Antonov, Yu.F. Superprovodne topološke električne mašine / Yu.F. Antonov, Ya.B. Danilevich. - M.: Fizmatlit, 2009. - 368 str.
5. Bucklin, V.S. Električni automobili. proračun dvopolnih turbogeneratora. radionica: Udžbenik za primenjenu diplomu / V.S. Bucklin. - Lyubertsy: Yurayt, 2016. - 137 str.
6. Bespalov, V.Ya. Električne mašine: udžbenik za studente ustanova visokog stručnog obrazovanja / V.Ya. Bespalov, N.F. Kotelenets.. - M.: IC Academy, 2013. - 320 str.
7. Bitutsky, I.B. Električni automobili. DC motor. Dizajn predmeta: Udžbenik / I.B. Bitjutski, I.V. Muzyleva. - Sankt Peterburg: Lan, 2018. - 184 str.
8. Bruskin, A.E. Električne mašine i mikromašine: Udžbenik / A.E. Bruskin, A.E. Zokhorovich, V.S. Khvostov. - M.: Savez, 2016. - 528 str.
9. Bruskin, D.E. Električne mašine Dio 2. / D.E. Bruskin, A.E. Zorokhovich, V.S. Rep. - M.: Savez, 2016. - 304 str.
10. Bruskin, D.E. Električne mašine Dio 1. / D.E. Bruskin, A.E. Zorokhovich, V.S. Rep. - M.: Savez, 2016. - 319 str.
11. Vanurin, V.N. Električne mašine: Udžbenik / V.N. Vanurin. - Sankt Peterburg: Lan, 2016. - 352 str.
12. Vanurin, V.N. Električne mašine: Udžbenik / V.N. Vanurin. - Sankt Peterburg: Lan, 2016. - 304 str.
13. Woldek, A. Električne mašine Uvod u elektromehaniku DC mašine i transformatori / A. Woldek. - Sankt Peterburg: Peter, 2009. - 320 str.
14. Woldek, A. Električne mašine AC mašine / A. Woldek. - Sankt Peterburg: Peter, 2010. - 350 str.
15. Vstovsky, A.L. Električne mašine: Udžbenik / A.L. Vstovsky. - M.: Infra-M, 2007. - 512 str.
16. German-Galkin, S.G. Električni automobili Laboratorijski radovi na PC-u / S.G. German-Galkin. - Sankt Peterburg: Corona-Vek, 2010. - 256 str.
17. German-Galkin, S.G. Električne mašine: Laboratorijski rad na računaru / S.G. German-Galkin. - Sankt Peterburg: Korona Print, 2007. - 256 str.
18. German-Galkin, S.G. Električne mašine: Laboratorijski rad na računaru / S.G. Hermann-. - Sankt Peterburg: Korona-Print, 2013. - 256 str.
19. German-Galkin, S.G. Električne mašine Laboratorijski rad na računaru / S.G. German-Galkin. - Sankt Peterburg: Korona Print, 2013. - 256 str.
20. Glazkov, A.V. Električni automobili. Laboratorijski rad: Udžbenik / A.V. Glazkov. - M.: Rior, 2018. - 478 str.
21. Epifanov, A.P. Električne mašine: Udžbenik / A.P. Epifanov, G.A. Epifanov. - Sankt Peterburg: Lan, 2017. - 300 str.
22. Epifanov, A.P. Električne mašine: Udžbenik / A.P. Epifanov. - Sankt Peterburg: Lan, 2006. - 272 str.
23. Ermolin, N.P. Električne mašine male snage / N.P. Ermolin. - M.: KnoRus, 2014. - 192 str.
24. Ignatovich, V.M. Električne mašine i transformatori: Udžbenik za studente / V.M. Ignatovich, Sh.S. Rose. - Lyubertsy: Yurayt, 2016. - 181 str.
25. Katsman, M.M. Električne mašine: Udžbenik / M.M. Katzman. - M.: Academia, 2017. - 320 str.
26. Katsman, M.M. Električne mašine / M.M. Katzman. - M.: Viša škola, 2003. - 469 str.
27. Katsman, M.M. Električne mašine: udžbenik za studente. srednje stručne ustanove obrazovanje / M.M. Katzman. - M.: IC Academy, 2013. - 496 str.
28. Katsman, M.M. Električne mašine: Udžbenik / M.M. Katzman. - M.: Academia, 2016. - 48 str.
29. Katsman, M.M. Električne mašine: Udžbenik / M.M. Katzman. - M.: Academia, 2018. - 96 str.
30. Katsman, M.M. Električni automobili. priručnik (spo) / M.M. Katzman. - M.: KnoRus, 2019. - 288 str.
31. Kopylov, I.P. Električne mašine u 2 toma, tom 1: Udžbenik za akademske dodiplomske studije / I.P. Kopylov. - Lyubertsy: Yurayt, 2016. - 267 str.
32. Kopylov, I.P. Električne mašine u 2 toma, tom 2: Udžbenik za akademske dodiplomske studije / I.P. Kopylov. - Lyubertsy: Yurayt, 2016. - 407 str.
33. Kopylov, I.P. Električne mašine / I.P. Kopylov. - M.: Viša škola, 2006. - 607 str.
34. Kopylov, I.P. Električne mašine / I.P. Kopylov. - M.: Viša škola, 2009. - 607 str.
35. Kopylov, I.P. Električne mašine: Udžbenik. U 2 t / I.P. Kopylov. - Lyubertsy: Yurayt, 2015. - 674 str.
36. Kopylov, I.P. Električni automobili. / I.P. Kopylov. - M.: Viša škola, 2006. - 607 str.
37. Lobzin, S.A. Električne mašine / S.A. Lobzin. - M.: Academia, 2016. - 32 str.
38. Lobzin, S.A. Električne mašine: Udžbenik / S.A. Lobzin. - M.: Academia, 2017. - 16 str.
39. Lobzin, S.A. Električne mašine: udžbenik za studente. institucije prof. obrazovanje / S.A. Lobzin. - M.: IC Academy, 2012. - 336 str.
40. Maltz, E.L. Elektrotehnika i elektro mašine za studije. Univerziteti: Udžbenik / E.L. Maltz. - Sankt Peterburg: Corona-Vek, 2013. - 304 str.
41. Maltz, E.L. Elektrotehnika i električne mašine: udžbenik za studente neelektričnih specijalnosti / E.L. Malts, Yu.N. Mustafaev. - Sankt Peterburg: Corona-Vek, 2013. - 304 str.
42. Maltz, E.L. Elektrotehnika i elektro mašine za studije. Univerziteti: Udžbenik / E.L. Maltz. - Sankt Peterburg: Corona-Vek, 2016. - 304 str.
43. Maltz, E.L. Elektrotehnika i električne mašine: Udžbenik / E.L. Malts, Yu.N. Mustafaev. - Sankt Peterburg: CORONA-Vek, 2013. - 304 str.
44. Moskalenko, V.V. Električne mašine i pogoni: Udžbenik / V.V. Moskalenko, M.M. Katzman. - M.: Academia, 2017. - 24 str.
45. Moskalenko, V.V. Električne mašine i pogoni: Udžbenik / V.V. Moskalenko. - M.: Akademija, 2018. - 128 str.
46. ​​Nabiev, F.M. Električne mašine / F.M. Nabiev. - M.: Radio i komunikacija, 2012. - 292 str.
47. Nabiev, F.M. Električne mašine: udžbenik za studente. Univerziteti / F.M. Nabiev. - M.: RadioSoft, 2008. - 292 str.
48. Polyakov, A.E. Električne mašine, električni pogon i sistemi. / A.E. Polyakov, A.V. Česnokov, E.M. Filimonova. - M.: Forum, 2016. - 240 str.
49. Prokhorov, S.G. Električne mašine: Udžbenik / S.G. Prokhorov, R.A. Khusnutdinov. - Rn/D: Phoenix, 2012. - 409 str.
50. Tokarev, B.F. Električne mašine: udžbenik za univerzitete / B.F. Tokarev. - M.: Savez, 2015. - 626 str.
51. Heeterer, M. Sinhrone električne mašine sa klipom. pokreta: Udžbenik / M. Khiterer, I. Ovchinnikov. - M.: Binom-Press, 2008. - 368 str.
52. Khiterer, M.Ya. Sinhrone električne mašine povratnog kretanja: Udžbenik za specijalnosti "Elektromehanika" i "Elektropogon i automatizacija" / M.Ya. Heatherer. - Sankt Peterburg: Korona-Print, 2013. - 368 str.
53. Šumilov, R.N. Električne mašine: Udžbenik / R.N. Šumilov, Yu.I. Tolstova, A.N. Boyarshinov. - Sankt Peterburg: Lan, 2016. - 352 str.