Učebnica pre študentov. environmentálne inštitúcie, prof. vzdelanie. - 12. vyd., vymazané. — M.: Akadémia, 2013. — 496 s. ISBN 978-5-7695-9705-3 Učebnica pojednáva o teórii, princípe činnosti, návrhu a analýze pracovných režimov elektrických strojov a transformátorov, všeobecných aj špeciálnych, ktoré sa rozšírili v rôznych odvetviach techniky.
Učebnicu je možné využiť pri zvládnutí odborného modulu PM.01. „Organizácia údržby a opráv elektrických a elektromechanických zariadení“ (MDK.01.01), odbor 140448 „Technická prevádzka a údržba elektrických a elektromechanických zariadení“.
Pre študentov inštitúcií stredného odborného vzdelávania. Môžu ho používať študenti vysokých škôl Predhovor.
Úvod.
Vymenovanie elektrických strojov a transformátorov.
Elektrické stroje elektromechanické meniče energie.
Klasifikácia elektrických strojov.
Transformátory.
Pracovný proces transformátora.
Účel a rozsah transformátorov.
Princíp činnosti transformátorov.
Zariadenie transformátorov.
Rovnice napätia transformátora.
Rovnice magnetomotorických síl a prúdov.
Uvedenie parametrov sekundárneho vinutia a ekvivalentného obvodu redukovaného transformátora.
Vektorový diagram transformátora.
Transformácia trojfázového prúdu a schémy zapojenia vinutia trojfázového transformátora.
Javy pri magnetizácii magnetických obvodov transformátorov.
Vplyv schémy zapojenia vinutia na prevádzku trojfázových transformátorov v režime nečinnosti.
Experimentálne stanovenie parametrov náhradného obvodu transformátorov.
Zjednodušený vektorový diagram transformátora.
Vonkajšia charakteristika transformátora.
Straty a účinnosť transformátora.
Regulácia napätia transformátorov.
Skupiny zapojenia vinutia a paralelná prevádzka transformátorov.
Skupiny zapojenia vinutí transformátorov.
Paralelná prevádzka transformátorov.
Tri vinuté transformátory a autotransformátory.
Tri transformátory vinutia.
Autotransformátory.
Prechodné procesy v transformátoroch.
Prechodné procesy pri zapnutí a pri náhlom skrate transformátorov.
Prepätia v transformátoroch.
Transformátorové zariadenia na špeciálne účely.
Transformátor s pohyblivým jadrom.
Transformátory pre usmerňovacie zariadenia.
Špičkové transformátory.
frekvenčné multiplikátory.
Transformátory na zváranie elektrickým oblúkom.
Výkonové transformátory na všeobecné účely.
Chladenie transformátorov.
Všeobecné otázky teórie bezkomutátorových strojov.
Princíp činnosti bezkomutátorových striedavých strojov.
Princíp činnosti synchrónneho generátora.
Princíp činnosti asynchrónneho motora.
Princíp statorových vinutí strojov na striedavý prúd.
Zariadenie statora bezkomutátorového stroja a základné pojmy vinutia statora.
elektromotorická sila cievky.
Elektromotorická sila skupiny cievok.
Elektromotorická sila vinutia statora.
Zubné harmonické EMF.
Hlavné typy statorových vinutí.
Trojfázové dvojvrstvové vinutia s celočíselným počtom slotov na pól a fázu.
Trojfázové dvojvrstvové vinutie s nepatrným počtom slotov na pól a fázu.
Jednovrstvové vinutia statora.
Izolácia vinutia statora.
Magnetomotorická sila vinutia statora.
Magnetomotorická sila sústredeného vinutia.
Magnetomotorická sila rozloženého vinutia.
Magnetomotorická sila trojfázového vinutia statora.
Kruhové, eliptické a pulzujúce magnetické polia.
Vyššie priestorové harmonické magnetomotorickej sily trojfázového vinutia.
asynchrónne stroje.
Prevádzkové režimy a usporiadanie asynchrónnych strojov.
Režimy prevádzky motora a generátora asynchrónneho stroja.
Zariadenie asynchrónnych motorov.
Magnetický obvod asynchrónneho stroja.
Základné pojmy.
Výpočet magnetického obvodu asynchrónneho motora.
Magnetické únikové toky asynchrónneho stroja
Úloha zubov jadra pri indukcii EMF a vytváraní elektromagnetického momentu.--------
Ekvivalentný obvod asynchrónneho motora.
Rovnice napätia pre indukčný motor.
Rovnice MDS a prúdov asynchrónneho motora.
Prinášame parametre vinutia rotora a vektorový diagram indukčného motora.
Elektromagnetický moment a výkonové charakteristiky indukčného motora.
Straty a účinnosť asynchrónneho motora.
Pojmy o charakteristikách motorov a pracovných mechanizmov.
Elektromagnetický krútiaci moment a mechanické vlastnosti asynchrónneho motora.
Mechanická charakteristika asynchrónneho motora so zmenami sieťového napätia a aktívneho odporu vinutia rotora.
Výkonové charakteristiky asynchrónneho motora.
Elektromagnetické momenty z vyšších priestorových harmonických magnetického poľa indukčného motora.
Experimentálne stanovenie parametrov a výpočet výkonových charakteristík asynchrónnych motorov.
Základné pojmy.
Nečinná skúsenosť.
skúsenosti so skratom.
Koláčová schéma indukčného motora.
Konštrukcia výkonových charakteristík asynchrónneho motora podľa koláčového grafu.
Analytická metóda na výpočet výkonnostných charakteristík indukčných motorov.
Štartovanie, regulácia otáčok a brzdenie trojfázových asynchrónnych motorov.
Štartovanie asynchrónnych motorov s fázovým rotorom.
Štartovanie asynchrónnych motorov s rotorom nakrátko.
Skratované asynchrónne motory so zlepšenými charakteristikami rozbehu.
Regulácia frekvencie otáčania asynchrónnych motorov.
Režimy brzdenia asynchrónnych motorov.
Jednofázové a kondenzátorové asynchrónne motory.
Princíp činnosti a rozbeh jednofázového asynchrónneho motora.
Asynchrónne kondenzátorové motory.
Prevádzka trojfázového asynchrónneho motora z jednofázovej siete.
Jednofázový asynchrónny motor s tienenými pólmi.
Asynchrónne stroje na špeciálne účely.
Regulátor indukčného napätia a fázový regulátor.
Asynchrónny frekvenčný menič.
Elektrické stroje synchrónnej komunikácie.
Asynchrónne pohony.
Lineárne asynchrónne motory.
Konštrukčné formy vyhotovenia elektrických strojov.
Vykurovanie a chladenie elektrických strojov.
Spôsoby chladenia elektrických strojov.
Konštrukčné formy vyhotovenia elektrických strojov. 2008
Séria trojfázových asynchrónnych motorov.
synchrónne stroje.
Spôsoby budenia a zariadenia synchrónnych strojov.
Budenie synchrónnych strojov.
Typy synchrónnych strojov a ich zariadenie.
Chladenie veľkých synchrónnych strojov.
Magnetické pole a charakteristiky synchrónnych generátorov.
Magnetický obvod synchrónneho stroja.
Magnetické pole synchrónneho stroja.
Reakcia kotvy synchrónneho stroja.
Napäťové rovnice synchrónneho generátora.
Vektorové diagramy synchrónneho generátora.
Charakteristika synchrónneho generátora.
Praktický diagram EMF synchrónneho generátora.
Straty a účinnosť synchrónnych strojov.
Paralelná prevádzka synchrónnych generátorov.
Zahrnutie synchrónnych generátorov pre paralelnú prevádzku.
Zaťaženie synchrónneho generátora pripojeného k paralelnej prevádzke.
Uhlové charakteristiky synchrónneho generátora.
Kmity synchrónnych generátorov.
Synchronizačná schopnosť synchrónnych strojov.
Charakteristika synchrónneho generátora v tvare U.
Prechodné procesy v synchrónnych generátoroch.
Synchrónny motor a synchrónny kompenzátor.
Princíp činnosti synchrónneho motora.
Štartovanie synchrónnych motorov.
Tvar U a výkonové charakteristiky synchrónneho motora.
synchrónny kompenzátor.
Synchrónne stroje na špeciálne účely.
Synchrónne stroje s permanentnými magnetmi.
Synchrónne prúdové motory.
Hysterézne motory.
Krokové motory.
Synchrónny vlnový motor.
Synchrónny generátor s pazúrovitými pólmi a elektromagnetickým budením.
Indukčné synchrónne stroje.
zberacie stroje.
Princíp činnosti a zariadenie jednosmerných kolektorových strojov.
Princíp činnosti generátora a jednosmerného motora.
Zariadenie jednosmerného kolektorového stroja.
Vinutia kotvy kolektorových strojov.
Vinutia kotvy v slučke.
Vlnové vinutia kotvy.
Vyvažovacie spojenia a kombinované vinutie kotvy.
Elektromotorická sila a elektromagnetický moment jednosmerného stroja.
Výber typu vinutia kotvy.
Magnetické pole jednosmerného stroja.
Magnetický obvod jednosmerného stroja.
Reakcia kotvy jednosmerného stroja.
Zohľadnenie demagnetizačného účinku reakcie kotvy.
Eliminácia škodlivého vplyvu reakcie kotvy.
Spôsoby vzrušenia jednosmerných strojov.
Spínanie v jednosmerných kolektorových strojoch.
Príčiny iskrenia na kolektore.
Priame prepínanie.
Krivkové oneskorené spínanie.
Spôsoby, ako zlepšiť prepínanie.
Všestranný oheň na kolektore.
Rádiové rušenie kolektorových strojov.
Kolektorové generátory jednosmerného prúdu.
Základné pojmy.
Nezávislý generátor budenia.
Generátor paralelného budenia.
Generátor zmiešaného budenia.
kolektorové motory.
Základné pojmy.
Jednosmerné motory s nezávislým a paralelným budením.
Spustenie jednosmerného motora.
Regulácia frekvencie otáčania motorov nezávislého (paralelného) budenia.
Sériový budiaci motor.
Zmiešaný budiaci motor.
Jednosmerné motory v brzdových režimoch.
Straty a účinnosť jednosmerného kolektorového stroja.
Jednosmerné stroje radu 4P a 2P.
Univerzálne kolektorové motory.
Jednosmerné stroje na špeciálne účely.
Elektrický zosilňovač.
DC tachogenerátor.
Bezkontaktné jednosmerné motory.
Jednosmerné pohony.
Bibliografia.
Predmetový index.

Pozri tiež:
• (dokument)
• Katsman M.M. Elektrické stroje (dokument)
• Ale D.A. Bezkontaktné elektrické stroje (dokument)
• Katsman M.M. Prístrojové a automatizačné vybavenie elektrických strojov (dokument)
• Kritsshtein A.M. Elektromagnetická kompatibilita v energetickom priemysle: Študijná príručka (dokument)
• Andrianov V.N. Elektrické stroje a prístroje (dokument)
• Katsman M.M. Príručka elektrických strojov (dokument)
• German-Galkin S.G., Kardonov G.A. Elektrické autá. Laboratóriá na PC (dokument)
• Kochegarov B.E., Lotsmanenko V.V., Oparin G.V. Domáce stroje a spotrebiče. Návod. Časť 1 (dokument)
• Kopylov I.P. Príručka elektrických strojov, zväzok 1 (dokument)
• Kritsshtein A.M. Elektrické stroje (dokument)

n1.doc

Úvod

§ V 1. Účel elektrických strojov a transformátorov

Elektrifikácia je rozšírené zavádzanie elektrickej energie generovanej vo výkonných elektrárňach, prepojených vysokonapäťovými elektrickými sieťami do energetických systémov, do priemyslu, poľnohospodárstva, dopravy a každodenného života.

Elektrifikácia sa vykonáva pomocou elektrotechnických výrobkov, ktorých výrobou sa zaoberá elektrotechnický priemysel. Hlavným odvetvím tohto odvetvia je elektrotechnika, zaoberajúca sa vývojom a výrobou elektrických strojov a transformátorov.

elektrický stroj je elektromechanické zariadenie, ktoré vykonáva vzájomnú premenu mechanickej a elektrickej energie. Elektrickú energiu v elektrárňach vyrábajú elektrické stroje – generátory, ktoré premieňajú mechanickú energiu na elektrickú energiu. Hlavná časť elektriny (až 80 %) sa vyrába v tepelných elektrárňach, kde sa pri spaľovaní chemických palív (uhlie, rašelina, plyn) ohrieva voda a mení sa na vysokotlakovú paru. Ten sa privádza do turbíny, kde pri expanzii spôsobí rotáciu rotora turbíny (tepelná energia v turbíne sa premieňa na mechanickú energiu). Otáčanie rotora turbíny sa prenáša na hriadeľ generátora (turbínový generátor). V dôsledku elektromagnetických procesov prebiehajúcich v generátore sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu.

Proces výroby elektriny v jadrových elektrárňach je podobný tepelnému, len s tým rozdielom, že namiesto chemického paliva sa používa jadrové palivo.

Proces výroby elektriny na vodných elektrárňach je nasledovný: voda zdvihnutá priehradou na určitú úroveň je vypúšťaná na obežné koleso hydroturbíny; Vzniknutá mechanická energia sa otáčaním turbínového kolesa prenáša na hriadeľ elektrického generátora, v ktorom sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu.

V procese spotreby elektrickej energie sa premieňa na iné druhy energie (tepelnú, mechanickú, chemickú). Asi 70 % elektriny sa spotrebuje na uvedenie do pohybu obrábacích strojov, mechanizmov, vozidiel, t.j. na premenu na mechanickú energiu. Túto transformáciu vykonávajú elektrické stroje - elektromotory.

Elektromotor je hlavným prvkom elektrického pohonu pracovných strojov. Dobrá regulovateľnosť elektrickej energie a jednoduchosť jej distribúcie umožnili v priemysle široké využitie viacmotorového elektrického pohonu pracovných strojov, kedy jednotlivé články pracovného stroja uvádzajú do pohybu nezávislé motory. Viacmotorový pohon výrazne zjednodušuje mechanizmus pracovného stroja (zmenšuje sa počet mechanických prevodov spájajúcich jednotlivé časti stroja) a vytvára veľké možnosti pri automatizácii rôznych technologických procesov. Elektromotory majú široké uplatnenie v doprave ako trakčné motory, ktoré poháňajú dvojkolesia elektrických lokomotív, elektrických vlakov, trolejbusov a pod.

V poslednej dobe sa výrazne zvýšilo používanie elektrických strojov s nízkym výkonom - mikrostrojov s výkonom od zlomkov až po niekoľko stoviek wattov. Takéto elektrické stroje sa používajú v automatizácii a zariadeniach výpočtovej techniky.

Špeciálnou triedou elektrických strojov sú motory pre domáce elektrospotrebiče - vysávače, chladničky, ventilátory a pod. Výkon týchto motorov je malý (od niekoľkých do stoviek wattov), ​​konštrukcia je jednoduchá a spoľahlivá a sú vyrábané vo veľkých množstvách.

Elektrickú energiu vyrobenú v elektrárňach je potrebné previesť na miesta jej spotreby, predovšetkým do veľkých priemyselných centier krajiny, ktoré sú od výkonných elektrární vzdialené stovky a niekedy aj tisíce kilometrov. Ale na prenos elektriny nestačí. Musí byť distribuovaný medzi rôznych spotrebiteľov - priemyselné podniky, doprava, obytné budovy atď. Elektrina sa prenáša na veľké vzdialenosti pri vysokom napätí (až 500 kV alebo viac), čo zabezpečuje minimálne elektrické straty v elektrických vedeniach. Preto je v procese prenosu a distribúcie elektrickej energie potrebné opakovane zvyšovať a znižovať napätie. Tento proces sa uskutočňuje pomocou elektromagnetických zariadení tzv transformátory. Transformátor nie je elektrický stroj, pretože jeho práca nesúvisí s premenou elektrickej energie na mechanickú energiu a naopak; premieňa len napätie elektrickej energie. Okrem toho je transformátor statické zariadenie a nemá žiadne pohyblivé časti. Elektromagnetické procesy vyskytujúce sa v transformátoroch sú však podobné tým, ktoré sa vyskytujú pri prevádzke elektrických strojov. Okrem toho sa elektrické stroje a transformátory vyznačujú jedinou povahou elektromagnetických a energetických procesov, ktoré sa vyskytujú počas interakcie magnetického poľa a vodiča s prúdom. Z týchto dôvodov tvoria transformátory neoddeliteľnú súčasť kurzu elektrických strojov.

Odvetvie vedy a techniky zaoberajúce sa vývojom a výrobou elektrických strojov a transformátorov je tzv elektrotechnika. Teoretické základy elektrotechniky položil v roku 1821 M. Faraday, ktorý založil možnosť premeny elektrickej energie na mechanickú a vytvoril prvý model elektromotora. Významnú úlohu v rozvoji elektrotechniky zohrali práce vedcov D. Maxwella a E. X. Lenza. Myšlienka vzájomnej premeny elektrických a mechanických energií bola ďalej rozvinutá v prácach významných ruských vedcov B. S. Yakobiho a M. O. Dolivo-Dobrovolského, ktorí vyvinuli a vytvorili návrhy elektromotorov vhodných pre praktické využitie. Veľké zásluhy o vytvorenie transformátorov a ich praktické uplatnenie patrí pozoruhodnému ruskému vynálezcovi P.N. Jabločkov. Začiatkom 20. storočia vznikli všetky hlavné typy elektrických strojov a transformátorov a rozvinuli sa základy ich teórie.

V súčasnosti dosiahla domáca elektrotechnika významný úspech. Ak na začiatku súčasného storočia v Rusku vlastne neexistovala elektrotechnika ako samostatný priemysel, tak za posledných 50-70 rokov sa vytvorilo odvetvie elektrotechnického priemyslu - elektrotechnika, schopné uspokojiť potreby našej rozvoj národného hospodárstva v elektrických strojoch a transformátoroch. Vyškolil sa káder kvalifikovaných konštruktérov elektrických strojov – vedci, inžinieri, technici.

Ďalší technický pokrok definuje ako hlavnú úlohu upevňovanie úspechov elektrotechniky praktickou implementáciou najnovších poznatkov v elektrotechnike do reálneho vývoja elektrických pohonných zariadení priemyselných zariadení a domácich spotrebičov. Realizácia tohto vyžaduje presun výroby na prevažne intenzívnu cestu vývoja. Hlavnou úlohou je zvyšovanie tempa a efektívnosti ekonomického rozvoja na základe zrýchľujúceho sa vedecko-technického pokroku, technického dovybavenia a rekonštrukcie výroby a intenzívneho využívania vytvoreného výrobného potenciálu. Významnú úlohu pri riešení tohto problému zohráva elektrifikácia národného hospodárstva.

Zároveň je potrebné brať do úvahy zvyšujúce sa environmentálne požiadavky na zdroje elektriny a popri tradičných metódach vyvíjať ekologické (alternatívne) metódy výroby elektriny s využitím energie slnka, vetra, morského prílivu a odlivu a tepla. zdrojov. Automatizované systémy sa vo veľkej miere zavádzajú do rôznych oblastí národného hospodárstva. Hlavným prvkom týchto systémov je automatizovaný elektrický pohon, preto je potrebné zvyšovať produkciu automatizovaných elektropohonov rýchlejším tempom.

V podmienkach vedecko-technického rozvoja majú veľký význam práce súvisiace so zlepšovaním kvality vyrábaných elektrických strojov a transformátorov. Riešenie tohto problému je dôležitým prostriedkom rozvoja medzinárodnej hospodárskej spolupráce. Príslušné vedecké inštitúcie a priemyselné podniky v Rusku pracujú na vytváraní nových typov elektrických strojov a transformátorov, ktoré spĺňajú moderné požiadavky na kvalitu a technické a ekonomické ukazovatele výrobkov.

§ V 2. Elektrické stroje - elektromechanické meniče energie

Štúdium elektrických strojov vychádza z poznatkov o fyzikálnej podstate elektrických a magnetických javov, ktoré sú prezentované v rámci teoretických základov elektrotechniky. Predtým, ako pristúpime k štúdiu predmetu "Elektrické stroje", si však pripomeňme fyzikálny význam niektorých zákonov a javov, ktoré sú základom princípu činnosti elektrických strojov, predovšetkým zákona elektromagnetickej indukcie.

Ryža. V 1. K pojmom "elementárny generátor" (ale) a "základný motor" (b)

Počas prevádzky elektrického stroja v režime generátora sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu. Povaha tohto procesu je vysvetlená elekský zákontromagnetická indukcia: ak vonkajšia sila F pôsobiť na vodič umiestnený v magnetickom poli a pohybovať ním (obr. B.1, a), napr. zľava doprava kolmo na vektor indukcie IN magnetické pole s rýchlosťou , potom sa vo vodiči indukuje elektromotorická sila (EMF).

E=blv,(B.1)

kde v - magnetická indukcia, T; l je aktívna dĺžka vodiča, t.j. dĺžka jeho časti umiestnenej v magnetickom poli, m;  - rýchlosť vodiča, m/s.

Ryža. V 2. Pravidlá pravej a ľavej ruky

Na určenie smeru EMF by ste mali použiť pravidlo „pravej ruky“ (obr. B.2, ale). Použitím tohto pravidla určujeme smer EMF vo vodiči (od nás). Ak sú konce vodiča skratované na vonkajší odpor R (spotrebiteľ), potom pod pôsobením EMF sa vo vodiči objaví prúd rovnakého smeru. Takže vodič v magnetickom poli možno v tomto prípade považovať za elementárnegenerátor.

V dôsledku interakcie prúdu ja s magnetickým poľom vzniká elektromagnetická sila pôsobiaca na vodič

F EM = BlI. (V 2)

Smer sily F EM možno určiť pravidlom „ľavej ruky“ (obr. B.2, b ). V posudzovanom prípade táto sila smeruje sprava doľava, t.j. proti smeru vodiča. V uvažovanom elementárnom generátore je teda sila F EM je brzdenie vzhľadom na hnaciu silu F .

S rovnomerným pohybom vodiča F = F EM . Vynásobením oboch častí rovnice rýchlosťou vodiča dostaneme

F = F EM 

Dosaďte do tohto výrazu hodnotu F EM z (C.2):

F = BlI = EI (B.3)

Ľavá strana rovnosti určuje hodnotu mechanického výkonu vynaloženého na pohyb vodiča v magnetickom poli; pravá strana je hodnota elektrického výkonu vyvinutého v uzavretom obvode elektrickým prúdom I. Rovnaké znamienko medzi týmito časťami ukazuje, že v generátore sa mechanický výkon vynaložený vonkajšou silou premieňa na elektrický výkon.

Ak vonkajšia sila F neaplikujte na vodič, ale zo zdroja elektriny naň priveďte napätie U aby prúd I vo vodiči mal smer naznačený na obr. B.1, b , potom bude na vodič pôsobiť len elektromagnetická sila F EM . Pod vplyvom tejto sily sa vodič začne pohybovať v magnetickom poli. V tomto prípade sa vo vodiči indukuje EMF so smerom opačným ako napätie U. Časť napätia U, aplikovaný na vodič je EMF vyvážený E, indukované v tomto vodiči a druhá časť je pokles napätia vo vodiči:

U = E + Ir, (B.4)

kde r - elektrický odpor vodiča.

Vynásobte obe strany rovnice prúdom ja:

UI \u003d EI + I 2 r.

Nahrádzanie namiesto E EMF hodnotu z (B.1), dostaneme

UI \u003d BlI + I 2 r,

alebo podľa (B.2),

Ui=F EM  + ja 2 r. (AT 5)

Z tejto rovnosti vyplýva, že el (UI), vstupujúce do vodiča sa čiastočne premení na mechanické (F EM  ), a čiastočne vynaložené na pokrytie elektrických strát vo vodiči ( ja 2 r). Preto vodič s prúdom umiestnený v magnetickom poli možno považovať za prvokkontajnerový elektromotor.

Uvažované javy nám umožňujú dospieť k záveru: a) pre každý elektrický stroj je povinná prítomnosť elektricky vodivého média (vodiče) a magnetického poľa, ktoré majú možnosť vzájomného pohybu; b) počas prevádzky elektrického stroja v režime generátora aj v režime motora sa súčasne pozoruje indukcia EMF vo vodiči prechádzajúcom magnetickým poľom a výskyt sily pôsobiacej na vodič umiestnený v magnetickom poli keď ním preteká elektrický prúd; c) vzájomná premena mechanickej a elektrickej energie v elektrickom stroji môže prebiehať v ľubovoľnom smere, t.j. ten istý elektrický stroj môže pracovať v režime motora aj v režime generátora; Táto vlastnosť elektrických strojov je tzv reverzibilita. Princíp reverzibility elektrických strojov prvýkrát stanovil ruský vedec E. X. Lenz.

Uvažovaný "elementárny" elektrický generátor a motor odrážajú iba princíp používania základných zákonov a javov elektrického prúdu v nich. Čo sa týka konštrukcie, väčšina elektrických strojov je postavená na princípe rotačného pohybu ich pohyblivých častí. Napriek širokej škále prevedení elektrických strojov je možné si predstaviť nejaký zovšeobecnený dizajn elektrického stroja. Takéto prevedenie (obr. B.3) pozostáva z pevnej časti 1, tzv stator a rotačná časť 2, tzv rotorus. Rotor je umiestnený vo vývrte statora a je od neho oddelený vzduchovou medzerou. Jedna z týchto častí stroja je vybavená prvkami, ktoré v stroji vybudia magnetické pole (napríklad elektromagnet alebo permanentný magnet) a druhá má vinutie, ktoré bežne nazývame pracovnéstroj na pradienko. Pevná časť stroja (stator) aj pohyblivá časť (rotor) majú jadrá vyrobené z mäkkého magnetického materiálu a majú nízky magnetický odpor.

Ryža. V.Z. Zovšeobecnená konštrukčná schéma elektrického stroja

Ak elektrický stroj pracuje v režime generátora, potom pri otáčaní rotora (pôsobením hnacieho motora) sa vo vodičoch pracovného vinutia indukuje EMF a keď je pripojený spotrebiteľ, objaví sa elektrický prúd. V tomto prípade sa mechanická energia hnacieho motora premieňa na elektrickú energiu. Ak je stroj navrhnutý tak, aby pracoval ako elektromotor, potom je pracovné vinutie stroja pripojené k sieti. V tomto prípade prúd, ktorý vznikol vo vodičoch vinutia, interaguje s magnetickým poľom a na rotore vznikajú elektromagnetické sily, ktoré spôsobujú otáčanie rotora. V tomto prípade sa elektrická energia spotrebovaná motorom zo siete premení na mechanickú energiu vynaloženú na otáčanie akéhokoľvek mechanizmu, obrábacieho stroja atď.

Je tiež možné navrhnúť elektrické stroje, v ktorých je pracovné vinutie umiestnené na statore a prvky, ktoré budia magnetické pole, sú na rotore. Princíp činnosti stroja zostáva rovnaký.

Výkonový rozsah elektrických strojov je veľmi široký - od zlomkov wattov až po stovky tisíc kilowattov.

§ V.Z. Klasifikácia elektrických strojov

Využitie elektrických strojov ako generátorov a motorov je ich hlavnou aplikáciou, pretože je spojené výlučne s účelom vzájomnej premeny elektrickej a mechanickej energie. Použitie elektrických strojov v rôznych odvetviach techniky môže mať aj iné účely. Spotreba elektrickej energie je teda často spojená s premenou striedavého prúdu na jednosmerný prúd, prípadne s premenou prúdu silovej frekvencie na prúd vyššej frekvencie. Na tieto účely použite elektrické meniče.

Elektrické stroje sa tiež používajú na zosilnenie výkonu elektrických signálov. Tieto elektrické stroje sú tzv elektrické zosilňovače. Elektrické stroje používané na zlepšenie účinníka spotrebiteľov elektrickej energie sa nazývajú synchrónna kompenzáciatori. Elektrické stroje slúžiace na reguláciu striedavého napätia sú tzv indukčné regulátorytori

Veľmi pestrá aplikácia mikrostrojov v automatizácii a zariadeniach výpočtovej techniky. Tu sa elektrické stroje používajú nielen ako motory, ale aj ako tachogenerátory(na prevod rýchlosti otáčania na elektrický signál), synchros, rotačné transformátory(na získanie elektrických signálov úmerných uhlu natočenia hriadeľa) atď.

Z uvedených príkladov je vidieť, aké rôznorodé je rozdelenie elektrických strojov podľa ich určenia.

Zvážte klasifikáciu elektrických strojov podľa princípu činnosti, podľa ktorého sú všetky elektrické stroje rozdelené na bezkartáčové a kolektorové, ktoré sa líšia princípom činnosti aj dizajnom. Bezkefkové stroje sú stroje na striedavý prúd. Delia sa na asynchrónne a synchrónne. Asynchrónne stroje sa používajú hlavne ako motory, zatiaľ čo synchrónne stroje sa používajú ako motory aj ako generátory. Kolektorové stroje sa používajú hlavne na jednosmernú prevádzku ako generátory alebo motory. Iba kolektorové stroje s malým výkonom sú vyrobené z univerzálnych motorov, ktoré môžu pracovať z jednosmernej siete aj zo siete striedavého prúdu.

Elektrické stroje s rovnakým princípom činnosti sa môžu líšiť schémami spínania alebo inými vlastnosťami, ktoré ovplyvňujú prevádzkové vlastnosti týchto strojov. Napríklad asynchrónne a synchrónne stroje môžu byť trojfázové (zahrnuté v trojfázovej sieti), kondenzátorové alebo jednofázové. Asynchrónne stroje sa v závislosti od konštrukcie vinutia rotora delia na stroje s rotorom nakrátko a stroje s fázovým rotorom. Synchrónne stroje a jednosmerné kolektorové stroje sa v závislosti od spôsobu vytvárania magnetického poľa v nich delia na stroje s budiacim vinutím a stroje s permanentnými magnetmi. Na obr. B.4 je schéma klasifikácie elektrických strojov, obsahujúca hlavné typy elektrických strojov, ktoré získali najväčšie uplatnenie v modernom elektrickom pohone. Rovnaká klasifikácia elektrických strojov je základom pre štúdium predmetu "Elektrické stroje".

TO
kurz "Elektrické stroje" okrem samotných elektrických strojov zabezpečuje štúdium transformátorov. Transformátory sú statické meniče striedavého prúdu. Absencia akýchkoľvek rotujúcich častí dáva transformátorom dizajn, ktorý ich zásadne odlišuje od elektrických strojov. Princíp činnosti transformátorov, ako aj princíp činnosti elektrických strojov je však založený na fenoméne elektromagnetickej indukcie, a preto mnohé ustanovenia teórie transformátorov tvoria základ teórie elektrických strojov na striedavý prúd.

Elektrické stroje a transformátory sú hlavnými prvkami každého energetického systému alebo inštalácie, preto pre odborníkov pracujúcich v oblasti výroby alebo prevádzky elektrických strojov znalosť teórie a pochopenie fyzikálnej podstaty elektromagnetických, mechanických a tepelných procesov prebiehajúcich v elektrické stroje a transformátory počas ich prevádzky sú nevyhnutné.

Katsman M.M.
Prístrojové vybavenie elektrických strojov a automatizačné zariadenia

Knižnica
SEVMASHVTUZA

Schválené Ministerstvom školstva Ruskej federácie ako učebná pomôcka pre študentov vzdelávacích inštitúcií stredného odborného vzdelávania

Moskva
2006

Recenzenti: prof. S.N. Stomensky (Katedra počítačového inžinierstva, Chuvash State University); S. Ts. Malinovskaya (Vysoká škola rádiového inžinierstva v Moskve).

Katsman M.M. Prístrojové vybavenie elektrických strojov a automatizačné zariadenia: Proc. príspevok pre študentov. stredné inštitúcie. Prednášal prof. vzdelanie / Mark Mikhailovič Katsman. - M.: Edičné stredisko "Akadémia", 2006. - 368 s.

Tréningový manuál pojednáva o princípe činnosti, prístroji, základoch teórie, charakteristikách rôznych typov výkonových elektrických strojov a nízkovýkonových transformátorov (mikrostrojov), akčných motoroch, informačných elektrických strojoch, ktoré našli najväčšie uplatnenie v prístrojovej a automatizačnej technike v všeobecné priemyselné a špeciálne oblasti techniky.

Pre študentov vzdelávacích inštitúcií stredného odborného vzdelávania študujúcich v odboroch „Prístrojová technika“ a „Automatizácia a riadenie“.

Bude to užitočné pre študentov vysokých škôl a odborníkov zaoberajúcich sa prístrojovou technikou a automatizáciou výrobných procesov.

Redaktorka T. F. Melniková
Technická redaktorka N. I. Gorbačova
Usporiadanie počítača: D. V. Fedotov
Korektorky V. A. Zhilkina, G. N. Petrova

© Katsman M.M., 2006
© Vzdelávacie a publikačné centrum "Akadémia", 2006
© Dizajn. Vydavateľské centrum "Akadémia", 2006

Predslov
Úvod
B.I. Účel elektrických strojov a transformátorov
V 2. Klasifikácia elektrických strojov

ČASŤ PRVÁ. TRANSFORMÁTORY A VÝKONOVÉ ELEKTRICKÉ STROJE NÍZKEHO VÝKONU

ODDIEL 1 TRANSFORMÁTORY

Kapitola 1. Výkonové transformátory
1.1. Účel a princíp činnosti výkonového transformátora 9
1.2. Zariadenie transformátorov 12
1.3. Základné závislosti a pomery v transformátoroch 14
1.4. Straty a účinnosť transformátora 16
1.5. Experimenty voľnobehu a skratu transformátorov
1.6. Zmena sekundárneho napätia transformátora 20
1.7. Trojfázové a viacvinuté transformátory 21
1.8. Transformátory pre usmerňovače 24
1.9. Autotransformátory

Kapitola 2. Transformátorové zariadenia so špeciálnymi vlastnosťami
2.1. Špičkové transformátory 31
2.2. Impulzné transformátory 33
2.3. Násobiče frekvencie 35
2.4. Stabilizátory napätia 39
2.5. Meracie transformátory napätia a prúdu

ODDIEL II VÝKONNÉ ELEKTRICKÉ STROJE NÍZKEHO VÝKONU

Kapitola 3. Trojfázové asynchrónne motory s rotorom nakrátko
3.1. Princíp činnosti trojfázového asynchrónneho motora
3.2. Zariadenie trojfázových asynchrónnych motorov
3.3. Základy teórie trojfázového asynchrónneho motora
3.4. Straty a účinnosť indukčného motora
3.5. Elektromagnetický krútiaci moment indukčného motora
3.6. Vplyv sieťového napätia a aktívneho odporu vinutia rotora na mechanickú charakteristiku
3.7. Výkonové charakteristiky trojfázových asynchrónnych motorov
3.8. Štartovacie vlastnosti trojfázových asynchrónnych motorov
3.9. Regulácia otáčok trojfázových asynchrónnych motorov
3.9.1. Regulácia otáčok zmenou aktívneho odporu v obvode rotora
3.9.2. Regulácia otáčok zmenou frekvencie napájacieho napätia
3.9.3. Regulácia rýchlosti zmenou vstupného napätia
3.9.4. Regulácia rýchlosti zmenou počtu pólov vinutia statora
3.9.5. Regulácia rýchlosti impulzu
3.10. Lineárne indukčné motory
3.11. Riadenie štartu trojfázového asynchrónneho motora s rotorom nakrátko pomocou nereverzného stýkača

Kapitola 4. Jednofázové a kondenzátorové indukčné motory
4.1. Princíp činnosti jednofázového asynchrónneho motora
4.2. Mechanické vlastnosti jednofázového asynchrónneho motora
4.3. Spustenie jednofázového asynchrónneho motora
4.4. Kondenzátorové indukčné motory
4.5. Zapnutie trojfázového asynchrónneho motora v jednofázovej sieti
4.6. Jednofázové asynchrónne motory s tieňovanými pólmi
4.7. Asynchrónne stroje s blokovaným fázovým rotorom

Kapitola 5 Synchrónne stroje
5.1. Všeobecné informácie o synchrónnych strojoch
5.2. Synchrónne generátory
5.2.1. Princíp činnosti synchrónneho generátora
5.2.2. Reakcia kotvy v synchrónnom generátore
5.2.3. Rovnice napätia synchrónneho generátora
5.2.4. Charakteristika synchrónneho generátora
5.2.5. Synchrónne generátory budené permanentnými magnetmi
5.3. Synchrónne motory s elektromagnetickým budením
5.3.1. Princíp činnosti a zariadenie synchrónneho jednopólového motora s elektromagnetickým budením
5.3.2. Spustenie synchrónneho motora s elektromagnetickým budením
5.3.3. Straty, účinnosť a elektromagnetický moment synchrónneho motora s elektromagnetickým budením
5.4. Synchrónne motory s permanentnými magnetmi
5.5. Nízkorýchlostné viacpólové synchrónne motory
5.5.1. Nízkootáčkové jednofázové synchrónne motory typu DSO32 a DSOR32
5.5.2. Nízkorýchlostné kondenzátorové synchrónne motory typu DSK a DSRK
5.6. Synchrónne prúdové motory
5.7. Synchrónne hysterézne motory
5.8. Hysterézne reluktančné motory s tienenými pólmi
5.9. Indukčné synchrónne stroje
5.9.1. Indukčné synchrónne generátory
5.9.2. Indukčné synchrónne motory
5.10. Synchrónne motory s elektromechanickým znížením otáčok
5.10.1. Synchrónne motory s rolovacím rotorom (DKR)
5.10.2. Vlnové synchrónne motory

Kapitola 6
6.1. Princíp činnosti jednosmerných kolektorových strojov
6.2. Zariadenie jednosmerného kolektorového stroja
6.3. Elektromotorická sila a elektromagnetický moment jednosmerného kolektorového stroja
6.4. Magnetické pole jednosmerného stroja. Reakcia kotvy
6.5. Spínanie v jednosmerných kolektorových strojoch
6.6. Metódy na zlepšenie spínania a potlačenie rádiového rušenia
6.7. Straty a účinnosť jednosmerných kolektorových strojov
6.8. Jednosmerné kartáčované motory
6.8.1. Základné závislosti a pomery
6.8.2. Motory nezávislého a paralelného budenia
6.8.3. Regulácia frekvencie otáčania motorov nezávislého a paralelného budenia
6.8.4. Sekvenčné budiace motory
6.9. Univerzálne komutátorové motory
6.10. Stabilizácia otáčok jednosmerných motorov
6.11. DC generátory
6.11.1. Nezávislý generátor budenia
6.11.2. Generátor paralelného budenia

Kapitola 7. Elektrické stroje špeciálnych konštrukcií a vlastností
7.1. Gyroskopické motory
7.1.1. Účel a špeciálne vlastnosti gyroskopických motorov
7.1.2. Konštrukcia gyroskopických motorov
7.2. Meniče elektrických strojov
7.2.1. Meniče elektrických strojov typu motor-generátor
7.2.2. Jednoramenné prevodníky
7.3. Výkonové zosilňovače elektrických strojov
7.3.1. Základné pojmy
7.3.2. Elektrostrojové zosilňovače priečneho poľa

Kapitola 8 BLDC motory
8.1. Základné pojmy
8.2. Proces bezkomutátorového motora
8.3. Jednosmerný BLDC motor s nízkym výkonom

Kapitola 9
9.1. Požiadavky na výkonné motory a riadiace schémy pre výkonné motory na jednosmerný prúd
9.2. Ovládanie kotvy jednosmerných pohonov
9.3. Pólové ovládanie jednosmerných pohonov
9.4. Elektromechanická časová konštanta jednosmerných pohonov
9.5. Impulzné ovládanie jednosmerného pohonu
9.6. Návrhy jednosmerných ovládačov
9.6.1. Jednosmerný servomotor s dutou kotvou
9.6.2. Jednosmerné motory s tlačeným vinutím kotvy
9.6.3. Jednosmerný motor s hladkou (bezdrážkovou) kotvou

Kapitola 10
10.1. Spôsoby riadenia asynchrónnych výkonných motorov
10.2. Samohybné vo výkonných asynchrónnych motoroch a spôsoby jeho eliminácie
10.3. Zariadenie výkonného asynchrónneho motora s dutým nemagnetickým rotorom
10.4. Charakteristika výkonného asynchrónneho motora s dutým nemagnetickým rotorom
10.5. Výkonný asynchrónny motor s rotorom nakrátko
10.6. Výkonný asynchrónny motor s dutým feromagnetickým rotorom
10.7. Elektromechanická časová konštanta výkonných asynchrónnych motorov
10.8. Momentové pohony

Kapitola 11
11.1. Základné pojmy
11.2. Krokové motory s pasívnym rotorom
11.3. Krokové motory s aktívnym rotorom
11.4. Indukčné krokové motory
11.5. Základné parametre a prevádzkové režimy krokových motorov

Kapitola 12
12.1. Príklady použitia výkonných asynchrónnych motorov a jednosmerných motorov
12.2. Príklad aplikácie výkonného krokového motora
12.3. Elektromotory na pohon čítačiek
12.3.1. Páskové mechaniky
12.3.2. Elektrický pohon zariadení na čítanie informácií z optických diskov

ODDIEL IV INFORMÁCIE ELEKTRICKÉ STROJE

Kapitola 13
13.1. Vymenovanie tachogenerátorov a požiadavky na ne
13.2. AC tachogenerátory
13.3. DC tachogenerátory
13.4. Príklady použitia tachogenerátorov v zariadeniach priemyselnej automatizácie
13.4.1. Použitie tachogenerátorov ako snímačov rýchlosti
13.4.2. Použitie tachogenerátora ako prietokomeru
13.4.3. Použitie tachogenerátora v elektrickom pohone s negatívnou spätnou väzbou otáčok

Kapitola 14
14.1. Základné pojmy
14.2. Systém indikátora diaľkového prenosu uhla
14.3. Synchronizácia momentov selsynov v systéme indikátorov
14.4. Diaľkový prenosový systém s uhlom transformátora
14.5. Synchro dizajn
14.6. Diferenciálny selsyn
14.7. magnezínov
14.8. Príklady použitia selsynov v zariadeniach priemyselnej automatizácie
14 8 1 Zaznamenávanie rýchlosti posuvu nástroja vo vrtných súpravách
14.8.2. Regulácia pomeru "palivo - vzduch" v hutníckej peci

Kapitola 15 Rotačné transformátory
15.1. Účel a zariadenie rotačných transformátorov
15.2. Sínusový kosínusový rotačný transformátor
15.2.1. Sínusovo-kosínusový rotačný transformátor v sínusovom režime
15.2.2. Sínusovo-kosínusový rotačný transformátor v sínusovo-kosínovom režime
15.2.3. Sínusovo-kosínusový rotačný transformátor v režime škálovania
15.2.4. Sínusovo-kosínusový rotačný transformátor v režime fázového posunu
15.3. Lineárny rotačný transformátor
15.4. Transformátorový systém na diaľkový prenos uhla na rotačných transformátoroch

Bibliografia
Predmetový index

Predslov

V kontexte rastu technickej úrovne výroby a zavádzania integrovanej automatizácie technologických procesov sú mimoriadne aktuálne otázky kvalitnej prípravy špecialistov priamo zapojených do prevádzky a projektovania automatizačných systémov. V rozsiahlom komplexe prístrojového vybavenia a automatizácie zaujímajú popredné miesto elektrické stroje a transformátory s nízkym výkonom (mikrostroje).

Kniha popisuje princíp činnosti, zariadenie, vlastnosti činnosti a konštrukciu nízkoenergetických elektrických strojov a transformátorov, ktoré sa široko používajú na pohon mechanizmov a zariadení používaných v prístrojovej a automatizačnej technike. Za prvky elektrických strojov, ktoré tvoria základ moderných automatických systémov, sa považujú: jednosmerné a striedavé akčné členy, zosilňovače elektrických strojov, rotačné meniče, krokové motory, informačné elektrické stroje (tachogenerátory, selsyny, magnezíny, rotačné transformátory), elektromotory gyroskopických zariadení.

Účelom tejto knihy je naučiť budúceho odborníka rozumne a správne aplikovať výkonové elektromotory a elektrické strojové prvky automatizácie v prístrojovej a automatizačnej technike.

Berúc do úvahy špecifiká výučby študentov technických škôl a vysokých škôl, autor pri prezentovaní materiálu knihy venoval osobitnú pozornosť zohľadneniu fyzikálnej podstaty javov a procesov, ktoré vysvetľujú činnosť uvažovaných zariadení. Spôsob prezentácie kurzu prebratý v knihe vychádza z dlhoročných pedagogických skúseností vo vzdelávacích inštitúciách stredného odborného školstva.

ÚVOD

V 1. Účel elektrických strojov a transformátorov

Technickú úroveň každého moderného výrobného podniku hodnotí predovšetkým stav automatizácie a komplexnej mechanizácie hlavných technologických procesov. Zároveň je čoraz dôležitejšia automatizácia nielen fyzickej, ale aj duševnej práce.

Automatizované systémy zahŕňajú širokú škálu prvkov, ktoré sa líšia nielen svojim funkčným účelom, ale aj princípom fungovania. Medzi mnohými prvkami, ktoré tvoria automatizované komplexy, je určité miesto obsadené prvkami elektrických strojov. Princíp činnosti a konštrukcia týchto prvkov sa buď prakticky nelíšia od elektrických strojov (sú to elektromotory alebo elektrické generátory), alebo sú im dizajnom a elektromagnetickými procesmi, ktoré sa v nich vyskytujú, veľmi blízke.

Elektrický stroj je elektrické zariadenie, ktoré vykonáva vzájomnú premenu elektrickej a mechanickej energie.

Ak sa vodič pohybuje v magnetickom poli tak. tak, že pretína magnetické siločiary, potom sa v tomto vodiči indukuje elektromotorická sila (EMF). Akýkoľvek elektrický stroj pozostáva z pevnej časti a pohyblivej (rotačnej) časti. Jedna z týchto častí (induktor) vytvára magnetické pole a druhá má pracovné vinutie, čo je systém vodičov. Ak sa elektrickému stroju dodáva mechanická energia, t.j. otočte jeho pohyblivú časť, potom sa v súlade so zákonom elektromagnetickej indukcie v jeho pracovnom vinutí indukuje EMF. Ak je na svorky tohto vinutia pripojený akýkoľvek spotrebiteľ elektrickej energie, potom sa v obvode objaví elektrický prúd. V dôsledku procesov prebiehajúcich v stroji sa teda mechanická energia otáčania premení na elektrickú energiu. Elektrické stroje, ktoré vykonávajú takúto transformáciu, sa nazývajú elektrické generátory. Elektrické generátory tvoria základ elektroenergetiky - používajú sa v elektrárňach, kde premieňajú mechanickú energiu turbín na elektrickú energiu.

Ak je vodič umiestnený v magnetickom poli kolmom na magnetické siločiary a prechádza ním elektrický prúd, potom v dôsledku interakcie tohto prúdu s magnetickou krytinou bude na vodič pôsobiť mechanická sila. Ak je teda pracovné vinutie elektrického stroja pripojené k elektrickej energetickej kefke, objaví sa v ňom prúd, a keďže toto vinutie je v magnetickom poli induktora, na jeho vodiče budú pôsobiť mechanické sily. Pod vplyvom týchto síl sa pohyblivá časť elektrického stroja začne otáčať. [V tomto prípade sa elektrická energia premení na mechanickú energiu. Elektrické stroje, ktoré vykonávajú takúto transformáciu, sa nazývajú elektromotory. Elektromotory sú široko používané v elektrickom pohone obrábacích strojov, žeriavov, vozidiel, domácich spotrebičov atď.

Elektrické stroje majú vlastnosť reverzibility, t.j. Tento elektrický stroj môže fungovať ako generátor aj ako motor. Všetko závisí od typu energie dodávanej do stroja. Zvyčajne má však každý elektrický stroj špecifický účel: buď je to generátor alebo motor.

Základom pre vytvorenie elektrických strojov a transformátorov bol zákon elektromagnetickej indukcie objavený M. Faradayom. Začiatok praktickej aplikácie elektrických strojov [položil akademik B.S. Yakobi, ktorý v roku 1834 vytvoril návrh elektrického stroja, ktorý bol prototypom moderného kolektorového elektromotora.

Vynález trojfázového asynchrónneho motora od ruského inžiniera M.O.

Na začiatku XX storočia. vznikla väčšina typov dnes používaných elektrických strojov.

Stiahnite si učebnicu Prístrojové vybavenie a automatizácia elektrických strojov. Moskva, Vydavateľské centrum "Akadémia", 2006

STREDNÉ ODBORNÉ VZDELÁVANIE

"Federálny inštitút pre rozvoj vzdelávania" ako učebnica pre použitie vo vzdelávacom procese vzdelávacích inštitúcií, ktoré implementujú Federálne štátne vzdelávacie štandardy stredného odborného vzdelávania v skupine odborov 140400 "Elektrotechnika a elektrotechnika"

12. vydanie stereotypné

R e c e n s e n t:

E. P. Rudobaba (Moskovský večerný elektromechanik

vysoká škola im. L. B. Krasina)

Katsman M.M.

K 307 Elektrické stroje: učebnica pre žiakov. stredné inštitúcie. Prednášal prof. vzdelanie / M. M. Katsman. - 12. vydanie, ster. - M. : Edičné stredisko "Akadémia", 2013. - 496 s.

ISBN 978&5&7695&9705&3

Učebnica pojednáva o teórii, princípe činnosti, návrhu a analýze prevádzkových režimov elektrických strojov a transformátorov, všeobecných aj špeciálnych, ktoré sa rozšírili v rôznych odvetviach techniky.

Učebnicu je možné využiť pri zvládnutí odborného modulu PM.01. „Organizácia údržby a opráv elektrických a elektromechanických zariadení“ (MDK.01.01), odbor 140448 „Technická prevádzka a údržba elektrických a elektromechanických zariadení“.

Pre študentov inštitúcií stredného odborného vzdelávania. Môže byť užitočný pre študentov vysokých škôl.

621,313 MDT (075,32) BBK 31,26 ya723

Pôvodná úprava tejto publikácie je majetkom Edičného centra Academy a jej rozmnožovanie akýmkoľvek spôsobom bez súhlasu držiteľa autorských práv je zakázané.

© M. M. Katsman, 2006

© T.I. Svetova, dedička Katsmana M. M., 2011

© Vzdelávacie a publikačné Centrum "Akadémia", 2011

ISBN 978 5 7695 9705 3 © Dizajn. Vydavateľské centrum "Akadémia", 2011

PREDSLOV

Učebnica bola napísaná v súlade s učebnými osnovami predmetu "Elektrické stroje" pre odbory "Elektrické stroje a prístroje", "Elektroizolačné, káblové a kondenzátorové zariadenia" a "Technická prevádzka, údržba a opravy elektrických a elektromechanických zariadení" z r. stredné odborné školy.

Kniha obsahuje základy teórie, popis konštrukcie a analýzu prevádzkových vlastností transformátorov a elektrických strojov. Okrem toho uvádza príklady riešenia problémov, čo nepochybne prispeje k lepšiemu pochopeniu skúmanej problematiky.

Učebnica prijala nasledovné poradie prezentácie materiálu: transformátory, asynchrónne stroje, synchrónne stroje, kolektorové stroje. Táto postupnosť štúdia uľahčuje asimiláciu predmetu a najviac zodpovedá súčasnému stavu a trendom vo vývoji elektrotechniky. Spolu s elektrickými strojmi na všeobecné účely učebnica pojednáva o niektorých typoch transformátorov a elektrických strojoch na špeciálne účely, poskytuje informácie o technickej úrovni moderných sérií elektrických strojov s popisom vlastností ich konštrukcie.

Ťažisko učebnice je v odhaľovaní fyzikálnej podstaty javov a procesov, ktoré podmieňujú činnosť uvažovaných zariadení.

Spôsob prezentácie učiva prebratého v knihe vychádza z dlhoročných skúseností s výučbou predmetu „Elektrické stroje“.

ÚVOD

V 1. Účel elektrických strojov

a transformátory

Elektrifikácia je rozšírené zavádzanie elektrickej energie generovanej vo výkonných elektrárňach, prepojených vysokonapäťovými elektrickými sieťami do energetických systémov, do priemyslu, poľnohospodárstva, dopravy a každodenného života.

Elektrifikácia sa vykonáva pomocou zariadení vyrábaných elektrotechnickým priemyslom. Hlavným odvetvím tohto odvetvia je elektrotechnika zaoberajúca sa vývojom a výrobou elektrických strojov a transformátorov.

elektrický stroj je elektromechanické zariadenie, ktoré vykonáva vzájomnú premenu mechanickej a elektrickej energie. Elektrickú energiu v elektrárňach vyrábajú elektrické stroje – generátory, ktoré premieňajú mechanickú energiu na elektrickú energiu.

Prevažná časť elektriny (až 80 %) sa vyrába v tepelných elektrárňach, kde sa pri spaľovaní chemických palív (uhlie, rašelina, plyn) ohrieva voda a mení sa na vysokotlakovú paru. Ten sa privádza do parnej turbíny, kde rozpínaním spôsobí rotáciu rotora turbíny (tepelná energia v turbíne sa premieňa na mechanickú energiu). Otáčanie rotora turbíny sa prenáša na hriadeľ generátora (turbínový generátor). V dôsledku elektromagnetických procesov prebiehajúcich v generátore sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu.

Proces výroby elektriny v jadrových elektrárňach je podobný procesu v tepelnej elektrárni, len s tým rozdielom, že namiesto chemického paliva sa používa jadrové palivo.

Vo vodných elektrárňach je proces výroby elektriny nasledovný: voda zdvihnutá priehradou na určitú úroveň je vypúšťaná na obežné koleso hydroturbíny; Vzniknutá mechanická energia sa otáčaním turbínového kolesa prenáša na hriadeľ elektrického generátora (hydrogenerátora), v ktorom sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu.

V procese spotreby elektrickej energie sa premieňa na iné druhy energie (tepelnú, mechanickú, chemickú). Asi 70 % elektriny sa spotrebuje na uvedenie do pohybu obrábacích strojov, mechanizmov, vozidiel, t.j

premieňať ju na mechanickú energiu. Túto transformáciu vykonávajú elektrické stroje - elektromotory.

Elektromotor je hlavným prvkom elektrického pohonu pracovných strojov. Dobrá regulovateľnosť elektrickej energie a jednoduchosť jej distribúcie umožnili v priemysle široké využitie viacmotorového elektrického pohonu pracovných strojov, kedy jednotlivé články pracovného stroja uvádzajú do pohybu vlastné motory. Viacmotorový pohon výrazne zjednodušuje mechanizmus pracovného stroja (zníži sa počet mechanických prevodov spájajúcich jednotlivé časti stroja) a vytvára veľké možnosti pri automatizácii rôznych technologických procesov. Elektromotory majú široké uplatnenie v doprave ako trakčné motory, ktoré poháňajú dvojkolesia elektrických lokomotív, elektrických vlakov, trolejbusov a pod.

V poslednej dobe sa výrazne zvýšilo používanie elektrických strojov s nízkym výkonom - mikrostrojov s výkonom od zlomkov wattu až po niekoľko stoviek wattov. Takéto elektrické stroje sa používajú v prístrojovej technike, automatizačných zariadeniach a domácich spotrebičoch - vysávače, chladničky, ventilátory atď. Výkon týchto motorov je nízky, konštrukcia je jednoduchá a spoľahlivá a vyrábajú sa vo veľkých množstvách.

Elektrickú energiu vyrobenú v elektrárňach je potrebné previesť na miesta jej spotreby, predovšetkým do veľkých priemyselných centier krajiny, ktoré sú od výkonných elektrární vzdialené mnoho stoviek a niekedy aj tisícok kilometrov. Ale na prenos elektriny nestačí. Musí byť distribuovaný medzi širokú škálu spotrebiteľov - priemyselné podniky, obytné budovy atď. Elektrina sa prenáša na veľké vzdialenosti pri vysokom napätí (až 500 kV alebo viac), čo zabezpečuje minimálne elektrické straty v elektrických vedeniach. Preto je v procese prenosu a distribúcie elektrickej energie potrebné opakovane zvyšovať a znižovať napätie. Tento proces sa uskutočňuje pomocou elektromagnetických zariadení tzv transformátory. Transformátor nie je elektrický stroj, pretože jeho prevádzka nesúvisí s premenou elektrickej energie na mechanickú energiu alebo naopak. Transformátory premieňajú iba napätie elektrickej energie. Okrem toho je transformátor statické zariadenie a nemá žiadne pohyblivé časti. Elektromagnetické procesy vyskytujúce sa v transformátoroch sú však podobné tým, ktoré sa vyskytujú pri prevádzke elektrických strojov. Elektrické stroje a transformátory sa navyše vyznačujú spoločnou povahou elektromagnetických a energetických procesov, ktoré sa vyskytujú pri interakcii magnetického poľa a vodiča s prúdom. Z týchto dôvodov tvoria transformátory neoddeliteľnú súčasť chodu elektrických strojov.

Teoretické základy pre prevádzku elektrických strojov položil v roku 1821 M. Faraday, ktorý založil možnosť premeny elektrickej energie na mechanickú a vytvoril prvý model elektromotora. Významnú úlohu vo vývoji elektrických strojov zohrala práca vedcov D. Maxwella a E. X. Lenza. Myšlienka vzájomnej premeny elektrických a mechanických energií bola ďalej rozvinutá v prácach vynikajúcich ruských vedcov B. S. Yakobiho a M. O. Doliva Dobrovolského, ktorí vyvinuli a vytvorili návrhy elektromotorov vhodných pre praktické využitie.

Veľké zásluhy o vytvorenie transformátorov a ich praktické uplatnenie patrí pozoruhodnému ruskému vynálezcovi P. N. Yablochkovovi. Začiatkom 20. storočia vznikli takmer všetky hlavné typy elektrických strojov a transformátorov a rozvinuli sa základy ich teórie.

IN V súčasnosti dosiahla domáca elektrotechnika významný úspech. Ďalší technický pokrok definuje ako hlavnú úlohu praktickú realizáciu výdobytkov elektrotechniky v reálnom vývoji elektrických pohonných zariadení pre priemyselné zariadenia a domáce spotrebiče. Hlavnou úlohou vedecko-technického pokroku je technické dovybavenie a rekonštrukcia výroby. Významnú úlohu pri riešení tohto problému zohráva elektrifikácia. Zároveň je potrebné brať do úvahy zvyšujúce sa environmentálne požiadavky na zdroje elektriny a popri tradičných je potrebné vyvíjať ekologické (alternatívne) spôsoby výroby elektriny s využitím energie slnka, vetra, mora. príliv a odliv a tepelné zdroje.

IN V podmienkach vedecko-technického rozvoja majú veľký význam práce súvisiace s zvyšovaním kvality vyrábaných elektrických strojov a transformátorov. Riešenie tohto problému je dôležitým prostriedkom rozvoja medzinárodnej hospodárskej spolupráce. Príslušné akademické inštitúcie

A priemyselné podniky Ruska pracujú na vytvorení nových typov elektrických strojov a transformátorov, ktoré spĺňajú moderné požiadavky na kvalitu a technické a ekonomické ukazovatele ich výrobkov.

V 2. Elektrické stroje - elektromechanické

meniče energie

Štúdium elektrických strojov vychádza z poznatkov o fyzikálnej podstate elektrických a magnetických javov, prezentovaných v predmete „Teoretické základy elektrotechniky“. Preto predtým

Ryža. V 2. Pravidlá pravej ruky a) a „ľavá ruka“ (b)

	F(v)			F(v)
F uh		F uh

Ryža. B.1. K pojmom „elementárny generátor“ (a) a „elementárny motor“ (b)

Pred začatím štúdia predmetu "Elektrické stroje" si pripomeňme fyzikálny význam niektorých zákonov a javov, ktoré sú základom princípu činnosti elektrických strojov, predovšetkým zákona elektromagnetickej indukcie.

Počas prevádzky elektrického stroja v režime generátora sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu. Tento proces je založený na zákon elektromagnetickej indukcie: ak vonkajšia sila F pôsobí na vodič umiestnený v magnetickom poli a pohybuje ním (obr. B.1, a) napríklad zľava doprava kolmo na indukčný vektor B magnetického poľa rýchlosťou v, potom sa vo vodiči indukuje elektromotorická sila (EMF).

kde B - magnetická indukcia, T; l je aktívna dĺžka vodiča, t.j. dĺžka jeho časti umiestnenej v magnetickom poli, m; v - rýchlosť vodiča, m/s.

Na určenie smeru EMF by ste mali použiť pravidlo "pravej ruky" (obr. B.2, a). Použitím tohto pravidla určujeme smer EMF vo vodiči („od nás“). Ak skončí

vodiče sú uzavreté na vonkajší odpor R (spotrebiteľ), potom pod pôsobením EMF E

vo vodiči sa objaví prúd rovnakého smeru. Takže

Takže vodič v magnetickom poli možno v tomto prípade považovať za elementárny generátor, pri ktorej sa mechanická energia vynakladá na pohyb vodiča s

stu v.

V dôsledku interakcie prúdu I s magnetickým poľom vzniká elektromagnetická sila pôsobiaca na vodič

Fem = BlI.

Smer sily Fem možno určiť pravidlom „ľavej ruky“ (obr. B.2, b). V uvažovanom prípade je táto sila nasmerovaná sprava doľava, t.j. oproti pohybu vodiča. V uvažovanom elementárnom generátore je teda sila Fem retardovaná vzhľadom na hnaciu silu F. Pri rovnomernom pohybe vodiča sú tieto sily rovnaké, t.j. F = Fem. Vynásobením oboch strán rovnice rýchlosťou vodiča v dostaneme

Fv = Fem v.

Dosadením hodnoty Fem z (B.2) do tohto výrazu získame

Fv = Bllv = EI.

Ľavá strana rovnice (B.3) určuje hodnotu mechanického výkonu vynaloženého na pohyb vodiča v magnetickom poli; pravá časť je hodnota elektrického výkonu vyvinutého v uzavretom obvode elektrickým prúdom I. Znamienko rovnosti medzi týmito časťami opäť potvrdzuje, že v generátore sa mechanický výkon Fv vynaložený vonkajšou silou premieňa na elektrický výkon EI.

Ak na vodič nepôsobí vonkajšia sila F, ale pôsobí naň napätie U zo zdroja elektrickej energie tak, že prúd I vo vodiči má smer uvedený na obr. B.1, b, potom bude na vodič pôsobiť len elektromagnetická sila Fem. Pod vplyvom tejto sily sa vodič začne pohybovať v magnetickom poli. V tomto prípade sa vo vodiči indukuje EMF so smerom opačným ako napätie U. Časť napätia U aplikovaného na vodič je teda vyvážená EMF E indukovaným v tomto vodiči a druhá časť je napätie pokles vo vodiči:

Z tejto rovnosti vyplýva, že elektrická energia (UI) privádzaná do vodiča zo siete sa čiastočne premení na mechanickú energiu (Fem v) a čiastočne sa spotrebuje na pokrytie elektrických strát vo vodiči (I2 r). Preto vodič s prúdom umiestnený v magnetickom poli možno považovať za elementárny elektromotor.

Opísané javy nám umožňujú dospieť k záveru:

a) pre každý elektrický stroj je povinná prítomnosť elektricky vodivého média (vodiče) a magnetického poľa s možnosťou vzájomného pohybu;

b) keď elektrický stroj pracuje v režime generátora aj v režime motora, súčasne sa pozoruje indukcia EMF vo vodiči prechádzajúcom magnetickým poľom a výskyt mechanickej sily pôsobiacej na vodič umiestnený v magnetickom poli , keď ním prechádza elektrický prúd prúd;

c) vzájomná premena mechanickej a elektrickej energie v elektrickom stroji môže prebiehať v akomkoľvek smere, t.j. ten istý elektrický stroj môže pracovať ako

v v režime motora av režime generátora; táto vlastnosť elektrických strojov sa nazýva reverzibilita.

Uvažovaný "elementárny" elektrický generátor a motor odrážajú iba princíp používania základných zákonov a javov elektrického prúdu v nich. Čo sa týka konštrukcie, väčšina elektrických strojov je postavená na princípe rotačného pohybu ich pohyblivej časti. Napriek veľkej rozmanitosti konštrukcií elektrických strojov sa ukazuje, že je možné si predstaviť nejaký zovšeobecnený dizajn elektrického stroja. Takáto konštrukcia (obr. B.3) pozostáva z pevnej časti 1 nazývanej stator a rotujúcej časti 2 nazývanej rotor. Rotor je umiestnený

v vývrt statora a oddelené od neho vzduchovou medzerou. Jedna z týchto častí stroja je vybavená prvkami, ktoré vzrušujú

v stroj má magnetické pole (napríklad elektromagnet alebo permanentný magnet) a druhý má vinutie, ktoré budeme podmienene

zavolajte pracovné vinutie stroja. Pevná časť stroja (stator) aj pohyblivá časť (rotor) majú jadrá vyrobené z magneticky mäkkého materiálu s nízkym magnetickým odporom.

Ak elektrický stroj pracuje v režime generátora, potom

Ryža. V 3. Zovšeobecnená konštrukčná schéma elektrického stroja

keď sa rotor otáča (pod pôsobením hnacieho motora), vo vodičoch pracovného vinutia sa indukuje EMF a keď je pripojený spotrebiteľ, objaví sa elektrický prúd. V tomto prípade sa mechanická energia hnacieho motora premieňa na elektrickú energiu. Ak je stroj navrhnutý tak, aby pracoval ako elektromotor, potom je pracovné vinutie stroja pripojené k sieti. V tomto prípade prúd, ktorý vznikol vo vodičoch tohto vinutia, interaguje s magnetickým poľom a na rotore vznikajú elektromagnetické sily, ktoré spôsobujú otáčanie rotora. V tomto prípade sa elektrická energia spotrebovaná motorom zo siete premení na mechanickú energiu vynaloženú na ovládanie akéhokoľvek mechanizmu, obrábacieho stroja, vozidla atď.

Je tiež možné navrhnúť elektrické stroje, v ktorých je pracovné vinutie umiestnené na statore a prvky, ktoré budia magnetické pole, sú na rotore. Princíp činnosti stroja zostáva rovnaký.

Výkonový rozsah elektrických strojov je veľmi široký – od zlomkov wattu až po stovky tisíc kilowattov.

V.Z. Klasifikácia elektrických strojov

Využitie elektrických strojov ako generátorov a motorov je ich hlavným účelom, pretože je spojené výlučne s účelom vzájomnej premeny elektrickej a mechanickej energie. Použitie elektrických strojov v rôznych odvetviach techniky však môže mať aj iné účely. Spotreba elektrickej energie je teda často spojená s premenou striedavého prúdu na jednosmerný prúd, prípadne s premenou prúdu silovej frekvencie na prúd vyššej frekvencie. Na tieto účely používajú meniče elektrických strojov.

Elektrické stroje sa tiež používajú na zosilnenie výkonu elektrických signálov. Takéto elektrické stroje sú tzv zosilňovače elektrických strojov. Elektrické stroje používané na zlepšenie účinníka elektrických spotrebičov sa nazývajú synchrónne kompenzátory. Elektrické stroje slúžiace na reguláciu striedavého napätia sú tzv indukčné regulátory.

Využitie mikrostrojov v automatizačných zariadeniach je veľmi rôznorodé. Tu sa elektrické stroje používajú nielen ako motory, ale aj ako tachogenerátory(na prevod rýchlosti otáčania na elektrický signál), selsyn ,

rotačné transformátory (na získanie elektrických signálov úmerných uhlu natočenia hriadeľa) atď. Z vyššie uvedených príkladov je zrejmé, aké rôznorodé sú elektrické stroje na ich zamýšľaný účel.

] Vzdelávacie vydanie. Učebnica pre študentov elektrotechnických odborov technických škôl. Druhé vydanie, upravené a rozšírené.
(Moskva: Higher School Publishing House, 1990)
Skenovanie: AAW, spracovanie, formát Djv: DNS, 2012

• ZHRNUTIE:
  Predslov (3).
  Úvod (4).
  Časť 1. TRANSFORMÁTORY (13).
  Kapitola 1 Pracovný postup transformátora (15).
  Kapitola 2. Skupiny zapojenia vinutia a paralelná prevádzka transformátorov (61).
  Kapitola 3. Trojvinuté transformátory a autotransformátory (71).
  Kapitola 4. Prechodové procesy v transformátoroch (76).
  Kapitola 5. Transformátorové zariadenia na špeciálne účely (84).
  Časť 2. VŠEOBECNÉ OTÁZKY TEÓRIE BELESS STROJOV (95).
  Kapitola 6. Princíp činnosti bezkefkových strojov na striedavý prúd (97).
  Kapitola 7. Princíp výroby statorových vinutí (102).
  Kapitola 8. Hlavné typy statorových vinutí (114).
  Kapitola 9
  Časť 3. ASYNCHRONÓZNE STROJE (135).
  Kapitola 10. Prevádzkové režimy a zariadenie asynchrónneho stroja (137).
  Kapitola 11. Magnetický obvod asynchrónneho stroja (146).
  Kapitola 12. Pracovný postup trojfázového asynchrónneho motora (154).
  Kapitola 13. Elektromagnetický moment a výkonové charakteristiky indukčného motora (162).
  Kapitola 14
  Kapitola 15. Štartovanie a riadenie otáčok trojfázových asynchrónnych motorov (193).
  Kapitola 16. Jednofázové a kondenzátorové indukčné motory (208).
  Kapitola 17. Asynchrónne stroje na špeciálne účely (218).
  Kapitola 18
  Časť 4. SYNCHRONÓZNE STROJE (237).
  Kapitola 19
  Kapitola 20. Magnetické pole a charakteristiky synchrónnych generátorov (249).
  Kapitola 21. Paralelná prevádzka synchrónnych generátorov (270).
  Kapitola 22. Synchrónny motor a synchrónny kompenzátor (289).
  Kapitola 23
  Sekcia 5. ZBERATEĽSKÉ STROJE (319).
  Kapitola 24
  Kapitola 25
  Kapitola 26
  Kapitola 27. Komutácia v jednosmerných strojoch (361).
  Kapitola 28
  Kapitola 29
  Kapitola 30
  Kapitola 31. Chladenie elektrických strojov (427).
  Úlohy na samostatné riešenie (444).
  Literatúra (453).
  Predmetový register (451).

Poznámka vydavateľa: Kniha pojednáva o teórii, princípe činnosti, návrhu a analýze prevádzkových režimov elektrických strojov a transformátorov, všeobecných aj špeciálnych, ktoré sa rozšírili v rôznych odvetviach techniky. 2. vydanie (1. - 1983) je doplnené o nový materiál zodpovedajúci moderným prístupom k teórii a praxi elektrotechniky.