Katsman M.M.
Elektrické stroje prístrojovej a automatizačnej techniky

Knižnica
SEVMASHVTUZA

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

Moskva
2006

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

Katsman M.M. Elektrické stroje prístrojovej a automatizačnej techniky: Učebnica. manuál pre stud. inštitúcie prostredia. Prednášal prof. vzdelanie / Mark Mikhailovič Katsman. - M .: Vydavateľské centrum "Akadémia", 2006. - 368 s.

Učebnica skúma princíp činnosti, prístroj, základy teórie, charakteristiky rôznych typov výkonových elektrických strojov a transformátorov malého výkonu (mikrostrojov), výkonných motorov, informačných elektrických strojov, ktoré sa najviac využívajú v prístrojových prístrojoch a automatizačných zariadeniach v r. všeobecné priemyselné a špeciálne oblasti techniky.

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

Bude užitočný 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 vydavateľské centrum "Akadémia", 2006
© Dizajn. Vydavateľské centrum "Akadémia", 2006

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

ČASŤ PRVÁ. TRANSFORMÁTORY A NÍZKÉ VÝKONOVÉ ELEKTRICKÉ STROJE

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 na otvorenom okruhu a skrate transformátorov
1.6. Zmena sekundárneho napätia transformátora 20
1.7. Trojfázové a viacvinuté transformátory 21
1.8. Usmerňovacie transformátory 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. Prístrojové transformátory napätia a prúdu

SEKCIA II NÍZKÉ VÝKONOVÉ ELEKTRICKÉ STROJE

Kapitola 3. Trojfázové asynchrónne motory s kotvou 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 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 otáčok zmenou privádzaného napätia
3.9.4. Regulácia rýchlosti zmenou počtu pólov vinutia statora
3.9.5. Regulácia rýchlosti impulzu
3.10. Lineárne indukčné motory
3.11. Spustenie ovládania trojfázového asynchrónneho motora s kotvou nakrátko pomocou nereverzného stýkača

Kapitola 4. Jednofázové a kondenzátorové asynchrónne motory
4.1. Princíp činnosti jednofázového asynchrónneho motora
4.2. Mechanické charakteristiky jednofázového asynchrónneho motora
4.3. Spustenie jednofázového asynchrónneho motora
4.4. Kondenzátorové indukčné motory
4.5. Zahrnutie trojfázového asynchrónneho motora do jednofázovej siete
4.6. Tienené pólové jednofázové asynchrónne motory
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 s permanentnými magnetmi
5.3. Synchrónne motory s elektromagnetickým budením
5.3.1. Princíp činnosti a konštrukcia 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. Pomalobežné viacpólové synchrónne motory
5.5.1. Nízkootáčkové jednofázové synchrónne motory typu DSO32 a DSOR32
5.5.2. Pomalobežné kondenzátorové synchrónne motory, typy DSK a DSRK
5.6. Synchrónne reluktančné motory
5.7. Synchrónne hysterézne motory
5.8. Tienené pólové reaktívne hysterézne motory
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 valivým rotorom (DKR)
5.10.2. Vlnové synchrónne motory

Kapitola 6. Zberné stroje
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. Komutácia v jednosmerných kolektorových strojoch
6.6. Spôsoby, ako zlepšiť prepínanie a potlačiť rádiové rušenie
6.7. Straty a účinnosť jednosmerných kolektorových strojov
6.8. Jednosmerné kartáčované motory
6.8.1. Hlavné závislosti a vzťahy
6.8.2. Nezávislé a paralelné budiace motory
6.8.3. Regulácia otáčok nezávislých a paralelných budiacich motorov
6.8.4. Sériové budiace motory
6.9. Univerzálne kartáčované 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 elektrostrojov
7.2.1. Meniče elektrostrojov typu motor-generátor
7.2.2. Meniče s jednou kotvou
7.3. Elektronické výkonové zosilňovače
7.3.1. Základné pojmy
7.3.2. Elektrostrojové zosilňovače priečneho poľa

Kapitola 8. Motory jednosmerných ventilov
8.1. Základné pojmy
8.2. Činnosť motora ventilu
8.3. Jednosmerný ventilový motor s nízkym výkonom

Kapitola 9. Výkonné jednosmerné motory
9.1. Požiadavky na výkonné motory a riadiace obvody pre výkonné motory na jednosmerný prúd
9.2. Riadenie kotvy výkonných jednosmerných motorov
9.3. Pólové ovládanie výkonných motorov jednosmerného prúdu
9.4. Elektromechanická časová konštanta jednosmerných výkonných motorov
9.5. Impulzné ovládanie jednosmerného výkonného motora
9.6. Konštrukcia jednosmerného výkonného motora
9.6.1. Výkonný jednosmerný motor s dutou kotvou
9.6.2. Jednosmerné motory s tlačeným vinutím kotvy
9.6.3. Jednosmerný motor s hladkou (bezdrážkovou) kotvou

Kapitola 10. Asynchrónne výkonné motory
10.1. Metódy riadenia asynchrónnych výkonných motorov
10.2. Samohybná pištoľ v asynchrónnych výkonných motoroch a spôsoby jej eliminácie
10.3. Zariadenie výkonného indukčného motora s dutým nemagnetickým rotorom
10.4. Charakteristika indukčného motora s dutým nemagnetickým rotorom
10.5. Indukčný motor vo veveričke
10.6. Indukčný motor s dutým feromagnetickým rotorom
10.7. Elektromechanická časová konštanta indukčných motorov
10.8. Motory krútiaceho momentu

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

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

ODDIEL IV INFORMÁCIE ELEKTRICKÉ STROJE

Kapitola 13. Tachogenerátory
13.1. Účel 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. Aplikácia 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. Elektrické stroje synchrónnej komunikácie
14.1. Základné pojmy
14.2. Systém diaľkového ukazovateľa uhlového prenosu
14.3. Synchronizácia momentov selsynov v systéme indikátorov
14.4. Systém diaľkového uhlového transformátora
14.5. Dizajn Selsyn
14.6. Diferenciálny selsyn
14.7. Magnesines
14.8. Príklady použitia selsynov v zariadeniach priemyselnej automatizácie
14 8 1 Registrácia množstva posuvu nástroja vo vrtných súpravách
14.8.2. Regulácia pomeru palivo-vzduch v hutníckej peci

Kapitola 15. Rotačné transformátory
15.1. Účel a konštrukcia rotačných transformátorov
15.2. Sínusovo-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 otočný transformátor
15.4. Transformátorový systém pre diaľkový prenos uhla na rotačných transformátoroch

Bibliografia
Predmetový index

Predslov

S rastom technickej úrovne výroby a zavádzaním komplexnej automatizácie technologických procesov sa dostávajú do popredia najmä otázky kvalitnej prípravy špecialistov priamo zapojených do prevádzky a projektovania automatizačných systémov. Elektrické stroje a nízkovýkonové transformátory (mikrostroje) zaujímajú popredné miesto v rozsiahlom komplexe prístrojovej techniky a automatizácie.

Kniha popisuje princíp činnosti, zariadenie, vlastnosti činnosti a konštrukciu elektrických strojov a transformátorov s nízkym výkonom, 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: AC a DC akčné členy, elektrické zosilňovače, 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 používať výkonové elektromotory a elektrické strojné prvky automatizácie v prístrojových zariadeniach a automatizačných zariadeniach.

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

ÚVOD

V 1. Vymenovanie elektrických strojov a transformátorov

Technickú úroveň každého moderného výrobného podniku hodnotí predovšetkým stav automatizácie a komplexnej mechanizácie hlavných technologických procesov. Automatizácia nielen fyzickej, ale aj duševnej práce zároveň nadobúda čoraz väčší význam.

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

Elektrický stroj je elektrické zariadenie, ktoré vzájomne premieňa elektrickú a mechanickú energiu.

Ak sa vodič pohybuje v magnetickom poli takto. 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 v obvode vznikne elektrický prúd. V dôsledku procesov prebiehajúcich v stroji sa teda mechanická energia otáčania premení na elektrickú energiu. Elektrické stroje, ktoré vykonávajú túto premenu, sa nazývajú elektrické generátory. Elektrické generátory tvoria chrbticu elektroenergetiky – využívajú sa v elektrárňach, kde premieňajú mechanickú energiu z 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 magnetickým dechtom bude na vodič pôsobiť mechanická sila. Ak je teda pracovné vinutie elektrického stroja pripojené k elektrickej kefke, objaví sa v ňom prúd, a keďže toto vinutie je v magnetickom poli induktora, na jeho vodiče budú pôsobiť mechanické sily. Pod pôsobením týchto síl sa pohyblivá časť elektrického stroja začne otáčať. [To premení elektrickú energiu na mechanickú energiu. Elektrické stroje, ktoré vykonávajú túto premenu, sa nazývajú elektromotory. Elektromotory sú široko používané v elektrickom pohone obrábacích strojov, žeriavov, vozidiel, domácich spotrebičov atď.

Elektrické stroje sú reverzibilné, 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 BS Jacobi, ktorý v roku 1834 vytvoril návrh elektrického stroja, ktorý bol prototypom moderného kolektorového elektromotora.

Široké využitie elektrických strojov v priemyselných elektrických pohonoch umožnil vynález ruského inžiniera MO Dolivo-Dobrovolského (1889) trojfázového asynchrónneho motora, ktorý sa líšil od vtedy používaných jednosmerných kolektorových motorov jednoduchosťou konštrukcie. a vysoká spoľahlivosť.

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

Stiahnite si učebnicu Elektrické stroje, prístrojové vybavenie a automatizačné zariadenia... Moskva, Vydavateľské centrum "Akadémia", 2006

Pozri tiež:
• (dokument)
• Katsman M.M. Elektrické stroje (dokument)
• Booth D.A. Bezkontaktné elektrické stroje (dokument)
• Katsman M.M. Elektrické stroje Prístrojové zariadenia a automatizácia (dokument)
• Kritstein A.M. Elektromagnetická kompatibilita v elektrotechnickom priemysle: Študijná príručka (dokument)
• Andrianov V.N. Elektrické stroje a prístroje (dokument)
• Katsman M.M. Príručka k elektrickým strojom (dokument)
• German-Galkin S.G., Kardonov G.A. Elektrické autá. PC Labs (dokument)
• Kochegarov B.E., Lotsmanenko V.V., Oparin G.V. Domáce stroje a spotrebiče. Návod. Časť 1 (dokument)
• Kopylov I.P. Príručka k elektrickým strojom, zväzok 1 (dokument)
• Kritstein A.M. Elektrické stroje (dokument)

n1.doc

Úvod

§ V 1. Vymenovanie elektrických strojov a transformátorov

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

Elektrifikácia sa vykonáva pomocou elektrotechnických výrobkov vyrábaných elektrotechnickým priemyslom. Hlavným odvetvím tohto odvetvia je elektrotechnika, zaoberajúca sa návrhom a výrobou elektrických strojov a transformátorov.

Elektrické auto je elektromechanické zariadenie, ktoré premieňa mechanickú a elektrickú energiu. Elektrickú energiu vyrábajú v elektrárňach 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 turbíny, kde rozpínaním poháňa rotor turbíny do rotácie (tepelná energia v turbíne sa premieňa na mechanickú energiu). Otáčanie rotora turbíny sa prenáša na hriadeľ generátora (turbínový generátor). V dôsledku elektromagnetických procesov 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 jadro.

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 pohon obrábacích strojov, mechanizmov, vozidiel, teda na jej premenu na mechanickú energiu. Túto transformáciu vykonávajú elektrické stroje - elektromotory.

Elektromotor je hlavným prvkom elektrického pohonu pracovných strojov. Dobrá regulovateľnosť elektrickej energie, jednoduchosť jej distribúcie umožnila v priemysle široké využitie viacmotorového elektrického pohonu pracovných strojov, kedy jednotlivé články pracovného stroja sú poháňané nezávislými motormi. Viacmotorový pohon výrazne zjednodušuje mechanizmus pracovného stroja (zníži sa počet mechanických prevodov spájajúcich jednotlivé články stroja) a vytvára veľké možnosti v automatizácii rôznych technologických procesov. Elektromotory sú široko používané v doprave ako trakčné motory, ktoré poháňajú páry kolies elektrických lokomotív, elektrických vlakov, trolejbusov atď.

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

Špeciálnu triedu elektrických strojov tvoria motory pre domáce elektrospotrebiče - vysávače, chladničky, ventilátory atď. Výkon týchto motorov je nízky (od jednotiek do stoviek wattov), ​​konštrukcia je jednoduchá a spoľahlivá a sa vyrábajú 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 niekoľko stoviek, niekedy aj tisícok kilometrov. Ale na prenos elektriny nestačí. Musí byť distribuovaný medzi mnohých rôznych spotrebiteľov - priemyselné podniky, doprava, obytné budovy atď. Elektrina sa prenáša na veľké vzdialenosti pri vysokom napätí (až 500 kV a 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 nie je spojená s premenou elektrickej energie na mechanickú energiu a naopak; premieňa len napätie elektrickej energie. Transformátor je navyše statické zariadenie a nie sú v ňom 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 jedinou povahou elektromagnetických a energetických procesov, ktoré vznikajú pri interakcii magnetického poľa a vodiča s prúdom. Z týchto dôvodov sú transformátory neoddeliteľnou súčasťou 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. Pri rozvoji elektrotechniky zohrali významnú úlohu práce vedcov D. Maxwella a E. H. Lenza. Myšlienka vzájomnej transformácie elektrických a mechanických energií bola ďalej rozvinutá v prácach vynikajúcich ruských vedcov B.S.Yakobiho a M.O.Dolivo-Dobrovolského, ktorí vyvinuli a vytvorili návrhy elektromotorov vhodných pre praktické využitie. Skvelé služby pri vytváraní transformátorov a ich praktickej aplikácii patria 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 výroba elektrických strojov významný úspech. Ak na začiatku tohto storočia v Rusku vlastne neexistovala výroba elektrických strojov ako samostatné priemyselné odvetvie, potom za posledných 50-70 rokov vzniklo odvetvie elektrotechnického priemyslu - výroba elektrických strojov, schopné uspokojiť potreby nášho rozvíjajúceho sa národného hospodárstva v elektrických strojoch a transformátoroch. Boli vyškolení pracovníci kvalifikovaných konštruktérov elektrických strojov - vedci, inžinieri, technici.

Ďalší technický pokrok určuje ako hlavnú úlohu upevnenie úspechov elektrotechnického strojárstva prostredníctvom praktickej implementácie najnovších výdobytkov elektrotechniky 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 hospodárskeho rozvoja na základe zrýchľujúceho sa vedecko-technického pokroku, technického dovybavenia a rekonštrukcie výroby, intenzívneho využívania vytvoreného výrobného potenciálu. Významnú úlohu pri riešení tohto problému zohrá elektrifikácia národného hospodárstva.

Zároveň je potrebné brať do úvahy zvyšujúce sa environmentálne požiadavky na zdroje elektrickej energie a popri tradičných metódach rozvíjať ekologické (alternatívne) metódy výroby elektriny s využitím energie slnka, vetra, morského prílivu, termálnych prameňov. . Automatizované systémy sú široko implementované v rôznych sférach národného hospodárstva. Hlavným prvkom týchto systémov je automatizovaný elektrický pohon, preto je potrebné zvýšiť produkciu automatizovaných elektrických pohonov zrýchleným tempom.

V kontexte vedecko-technického rozvoja nadobúdajú 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 Ruska 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, vytýčených v kurze teoretických základov elektrotechniky. Pred začatím štúdia 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. O konceptoch "elementárneho generátora" (a) a "základný motor" (b)

V procese 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 V 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, to znamená dĺžka jeho časti umiestnenej v magnetickom poli, m;  - rýchlosť pohybu 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, a). Použitím tohto pravidla určujeme smer EMF vo vodiči (od nás). Ak sú konce vodiča skratované na vonkajší odpor R (spotrebiteľ), potom pri pôsobení EMF vo vodiči vznikne 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. C.2, b ). V posudzovanom prípade táto sila smeruje sprava doľava, t.j. oproti pohybu 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 strán rovnosti rýchlosťou vodiča dostaneme

F = F EM 

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

F = BlI = EI (V.Z)

Ľavá strana rovnosti určuje hodnotu mechanického výkonu vynaloženého na pohyb vodiča v magnetickom poli; pravá strana je hodnota elektrického výkonu vyvinutého v uzavretej slučke 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 napájajte napätie U zo zdroja energie 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.

Obe strany rovnosti vynásobíme prúdom ja:

UI = ЕI + I 2 r.

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

UI = 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 nesúci prúd umiestnený v magnetickom poli možno považovať za elemenkontajnerový elektromotor.

Uvažované javy nám umožňujú vyvodiť záver: a) pre každý elektrický stroj musí byť prítomná prítomnosť elektricky vodivého prostredia (vodiče) a magnetického poľa, ktoré majú možnosť vzájomného posunu; b) keď elektrický stroj pracuje v režime generátora aj v režime motora, indukcia EMF vo vodiči prechádzajúcom magnetickým poľom a vznik sily pôsobiacej na vodič v magnetickom poli, keď elektrický prúd preteká ním, sú súčasne pozorované; c) vzájomná premena mechanickej a elektrickej energie v elektrickom stroji môže prebiehať v akomkoľvek smere, t.j. jeden a ten istý elektrický stroj môže pracovať v režime motora aj v režime generátora; táto vlastnosť elektrických strojov sa nazýva reverzibilita. Princíp reverzibility elektrických strojov prvýkrát stanovil ruský vedec E. H. 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 pohyblivej časti. Napriek širokej škále prevedení elektrických strojov je možné si predstaviť nejaký zovšeobecnený dizajn elektrického stroja. Takáto konštrukcia (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 budia magnetické pole v stroji (napríklad elektromagnet alebo permanentný magnet) a druhá má vinutie, ktoré budeme podmienene nazývať pracovať os pradienkom stroja. Stacionárna 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 sa pri otáčaní rotora (pôsobením hnacieho motora) vo vodičoch pracovného vinutia indukuje EMF a keď je pripojený spotrebiteľ, objaví sa elektrický prúd. Tým 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 elektrickej sieti. V tomto prípade prúd generovaný vo vodičoch vinutia interaguje s magnetickým poľom a na rotore vznikajú elektromagnetické sily, ktoré poháňajú rotor do rotácie. V tomto prípade sa elektrická energia spotrebovaná motorom zo siete premení na mechanickú energiu vynaloženú na otáčanie mechanizmu, obrábacieho stroja atď.

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

Výkonový rozsah elektromobilov je veľmi široký – od zlomkov wattu až po státisíce kilowattov.

§ V.Z. Klasifikácia elektrických strojov

Použitie 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 elektriny je teda často spojená s premenou striedavého prúdu na jednosmerný prúd alebo s premenou prúdu silovej frekvencie na prúd vyššej frekvencie. Na tieto účely použite 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 spotrebiteľov elektriny sú tzv synchrónna kompenzáciatori. Elektrické stroje slúžiace na reguláciu striedavého napätia sú tzv indukčné regulátorytori

Veľmi všestranná aplikácia mikrostrojov v automatizácii a výpočtových zariadeniach. Elektromobily sa tu využívajú nielen ako motory, ale aj ako tachogenerátory(previesť rýchlosť na elektrický signál), selsyny, rotačné transformátory(na získanie elektrických signálov úmerných uhlu natočenia hriadeľa) atď.

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

Zvážte klasifikáciu elektrických strojov podľa princípu činnosti, podľa ktorého sú všetky elektrické stroje rozdelené na bezkomutátorové 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 predovšetkým 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 nízkym výkonom sú vyrobené univerzálne motory schopné prevádzky zo siete jednosmerného prúdu aj zo siete striedavého prúdu.

Elektrické stroje rovnakého princípu činnosti sa môžu líšiť schémami zapojenia alebo inými vlastnosťami, ktoré ovplyvňujú prevádzkové vlastnosti týchto strojov. Napríklad asynchrónne a synchrónne stroje môžu byť trojfázové (pripojené k 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 budenia v nich delia na stroje s budiacim vinutím a stroje s permanentnými magnetmi. Na obr. B.4 predstavuje schému klasifikácie elektrických strojov, ktorá obsahuje hlavné typy elektrických strojov, ktoré sa najviac používajú v modernom elektrickom pohone. Rovnaká klasifikácia elektrických strojov je základom pre štúdium predmetu "Elektrické stroje".

TO
URS "Elektrické stroje" okrem skutočných 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 vo výrobe alebo prevádzke elektrických strojov znalosť teórie a pochopenie fyzikálnej podstaty elektromagnetických, mechanických a tepelných procesov vyskytujúcich sa v elektrických strojoch. a transformátorov počas ich prevádzky je nevyhnutné.

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

• STRUČNÝ OBSAH:
  Predslov (3).
  Úvod (4).
  Časť 1. TRANSFORMÁTORY (13).
  Kapitola 1. Pracovný proces transformátora (15).
  Kapitola 2. Skupiny zapojenia vinutí 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 BEZkefkových STROJOV (95).
  Kapitola 6. Princíp činnosti striedavých bezkomutátorových strojov (97).
  Kapitola 7. Princíp vinutia statora (102).
  Kapitola 8. Základné typy statorových vinutí (114).
  Kapitola 9. Magnetomotorická sila statorových vinutí (125).
  Časť 3. ASYNCHRONÓZNE STROJE (135).
  Kapitola 10. Prevádzkové režimy a zariadenie asynchrónneho stroja (137).
  Kapitola 11. Magnetický obvod indukčného stroja (146).
  Kapitola 12. Pracovný postup trojfázového asynchrónneho motora (154).
  Kapitola 13. Elektromagnetický moment a výkonové charakteristiky indukčného motora (162).
  Kapitola 14. Skúsená parametrizácia a výpočet výkonových charakteristík indukčných motorov (179).
  Kapitola 15. Štartovanie a riadenie otáčok trojfázových asynchrónnych motorov (193).
  Kapitola 16. Jednofázové a kondenzátorové asynchrónne motory (208).
  Kapitola 17. Asynchrónne stroje na špeciálne účely (218).
  Kapitola 18. Hlavné typy sériovo vyrábaných asynchrónnych motorov (230).
  Časť 4. SYNCHRONÓZNE STROJE (237).
  Kapitola 19. Spôsoby budenia a zariadenie synchrónnych strojov (239).
  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. Synchrónne stroje na špeciálne účely (302).
  Sekcia 5. ROZPOČTOVÉ STROJE (319).
  Kapitola 24. Princíp činnosti a konštrukcia jednosmerných kolektorových strojov (321).
  Kapitola 25. Vinutia kotvy strojov na jednosmerný prúd (329).
  Kapitola 26. Magnetické pole stroja na jednosmerný prúd (348).
  Kapitola 27. Spínanie v jednosmerných strojoch (361).
  Kapitola 28. Kolektorové generátory jednosmerného prúdu (337).
  Kapitola 29. Motory kolektorov (387).
  Kapitola 30. Jednosmerné stroje na špeciálne účely (414).
  Kapitola 31. Chladenie elektrických strojov (427).
  Úlohy na samostatné riešenie (444).
  Literatúra (453).
  Predmetový register (451).

Abstrakt vydavateľa: Kniha skúma teóriu, princíp činnosti, zariadenie a analýzu prevádzkových režimov elektrických strojov a transformátorov, všeobecných aj špeciálnych, ktoré sa rozšírili v rôznych odvetviach techniky. 2. vydanie (1. - 1983) bolo doplnené o nový materiál zodpovedajúci moderným prístupom k teórii a praxi elektrotechniky.

STREDNÉ ODBORNÉ VZDELANIE

"Spolkový inštitút pre rozvoj vzdelávania" ako učebnica pre použitie vo výchovno-vzdelávacom procese vzdelávacích inštitúcií, ktoré implementujú federálny štátny vzdelávací štandard stredného odborného vzdelávania v skupine odborov 140400 "Energetika a elektrotechnika"

12. vydanie, stereotypné

R e c e n z n t:

E.P. Rudobaba (Moskevský večerný elektromechanik

technickú školu. L. B. Krasina)

Katsman M.M.

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

ISBN 978 & 5 & 7695 & 9705 & 3

Učebnica sa zaoberá teóriou, princípom činnosti, zariadením a analýzou prevádzkových režimov elektrických strojov a transformátorov, všeobecných aj špeciálnych, ktoré sa rozšírili v rôznych odvetviach techniky.

Učebnicu je možné použiť na zvládnutie 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 užitočné pre študentov vysokých škôl.

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

Pôvodná úprava tejto publikácie je majetkom Edičného strediska „Akadémia“ a jej rozmnožovanie akýmkoľvek spôsobom bez súhlasu držiteľa autorských práv je zakázané.

© M. M. Katsman, 2006

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

© Vzdelávacie a publikačné centrum "Akadémia", 2011

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

PREDSLOV

Učebnica je písaná v súlade s učebnými osnovami predmetu "Elektrické stroje" pre odbory "Elektrické stroje a prístroje", "Elektroizolačná, káblová a kondenzátorová technika" a "Technická prevádzka, údržba a opravy elektrických a elektromechanických zariadení" z r. stredné odborné vzdelávacie inštitúcie.

Kniha obsahuje základy teórie, popis konštrukcií a rozbor 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 osvojenie si predmetu a maximálne zodpovedá súčasnému stavu a vývojovým trendom elektrotechniky. Okrem všeobecných elektrických strojov učebnica skúma niektoré typy transformátorov a jednoúčelových elektrických strojov, poskytuje informácie o technickej úrovni moderných sérií elektrických strojov s popisom vlastností ich konštrukcie.

Hlavná pozornosť v učebnici je venovaná odhaleniu 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. Vymenovanie elektrických strojov

a transformátory

Elektrifikácia je rozšírené zavádzanie elektrickej energie generovanej vo výkonných elektrárňach, prepojených vysokonapäťovými 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 návrhom a výrobou elektrických strojov a transformátorov.

Elektrické auto je elektromechanické zariadenie, ktoré vykonáva vzájomnú premenu mechanickej a elektrickej energie. Elektrickú energiu vyrábajú v elektrárňach 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) voda ohrieva a premieňa na vysokotlakovú paru. Ten sa privádza do parnej turbíny, kde rozpínaním poháňa rotor turbíny do rotácie (tepelná energia v turbíne sa premieňa na mechanickú energiu). Otáčanie rotora turbíny sa prenáša na hriadeľ generátora (turbínový generátor). V dôsledku elektromagnetických procesov 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 využíva jadro.

V hydraulických elektrárňach je proces výroby elektriny nasledovný: voda zdvihnutá priehradou na určitú úroveň je vypúšťaná na obežné koleso hydraulickej turbíny; 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 pohon obrábacích strojov, mechanizmov, vozidiel, t.j. pre pre

jeho formovanie na mechanickú energiu. Túto transformáciu vykonávajú elektrické stroje - elektromotory.

Elektromotor je hlavným prvkom elektrického pohonu pracovných strojov. Dobrá regulovateľnosť elektrickej energie, jednoduchosť jej distribúcie umožnila v priemysle široké využitie viacmotorového elektrického pohonu pracovných strojov, kedy sú jednotlivé články pracovného stroja poháňané vlastnými motormi. Viacmotorový pohon výrazne zjednodušuje mechanizmus pracovného stroja (zmenšuje sa počet mechanických prevodov spájajúcich jednotlivé články stroja) a vytvára veľké možnosti v automatizácii rôznych technologických procesov. Elektromotory sú široko používané v doprave ako trakčné motory, ktoré poháňajú páry kolies elektrických lokomotív, elektrických vlakov, trolejbusov atď.

V poslednej dobe sa výrazne zvýšilo používanie elektrických strojov s nízkym výkonom - mikrostrojov s výkonom až niekoľko stoviek wattov. Takéto elektrické stroje sa používajú v prístrojovej technike, automatizácii 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 sa nachádzajú mnoho stoviek a niekedy aj tisícok kilometrov od výkonných elektrární. Ale na prenos elektriny nestačí. Musí byť distribuovaný medzi mnohých rôznych spotrebiteľov - priemyselné podniky, obytné budovy atď. Prenos energie na veľké vzdialenosti sa uskutočňuje pri vysokom napätí (do 500 kV a viac), čo zabezpečuje minimálne elektrické straty v prenosových 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 nie je spojená s premenou elektrickej energie na mechanickú energiu alebo naopak. Transformátory premieňajú iba napätie na elektrickú energiu. Okrem toho je transformátor statické zariadenie bez pohyblivých častí. Elektromagnetické procesy vyskytujúce sa v transformátoroch sú však podobné procesom vyskytujúcim sa pri prevádzke elektrických strojov. Okrem toho sa elektrické stroje a transformátory vyznačujú jedinou povahou elektromagnetických a energetických procesov vznikajúcich interakciou magnetického poľa a vodiča s prúdom. Z týchto dôvodov sú transformátory neoddeliteľnou súčasťou kurzu elektrických strojov.

Teoretické základy fungovania elektrických strojov položil v roku 1821 M. Faraday, ktorý založil možnosť premeny elektrickej energie na mechanickú a vytvoril prvý model elektromotora. Pri vývoji elektrických strojov zohrali významnú úlohu práce vedcov D. Maxwella a E. H. Lenza. Myšlienka vzájomnej premeny elektrickej a mechanickej energie 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.

Skvelé služby pri tvorbe transformátorov a ich praktickej aplikácii 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.

V V súčasnosti dosiahla domáca elektrostrojovňa významný úspech. Ďalší technický pokrok určuje 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. Pri riešení tohto problému zohráva významnú úlohu elektrifikácia. Zároveň je potrebné brať do úvahy zvyšujúce sa environmentálne požiadavky na zdroje elektrickej energie a popri tradičných je potrebné rozvíjať ekologické (alternatívne) spôsoby výroby elektriny s využitím energie slnka, vetra morské prílivy a termálne zdroje.

V V podmienkach vedecko-technického rozvoja nadobúdajú 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 Ruska pracujú na vytvorení 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, 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)

než začať študovať predmet "Elektrické stroje", pripomeňme si fyzikálny význam niektorých zákonov a javov, ktoré sú základom princípu činnosti elektrických strojov, predovšetkým zákona elektromagnetickej indukcie.

V procese 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 je magnetická indukcia, T; l je aktívna dĺžka vodiča, to znamená dĺžka jeho časti umiestnenej v magnetickom poli, m; v je rýchlosť pohybu 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

vodič sú uzavreté na vonkajší odpor R (spotrebiteľ), potom pod vplyvom EMF E

vo vodiči sa objaví prúd v rovnakom smere. Takže

Takže vodič v magnetickom poli možno v tomto prípade považovať za elementárny generátor, v ktorom sa vynakladá mechanická energia na presun vodiča z čoskoro

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, teda oproti pohybu vodiča. V uvažovanom elementárnom generátore sa teda sila Fem spomaľuje vzhľadom na hnaciu silu F. Pri rovnomernom pohybe vodiča sú tieto sily rovnaké, teda F = Fem. Vynásobením oboch strán rovnosti rýchlosťou pohybu vodiča v získame

Fv = Fem v.

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

Fv = Blv = EI.

Ľavá strana rovnosti (B.3) určuje hodnotu mechanického výkonu vynaloženého na pohyb vodiča v magnetickom poli; pravá časť je hodnota elektrického výkonu vyvinutého v uzavretej slučke 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 je naň privedené napätie U zo zdroja energie, takže 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) vstupujúca 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 nesúci prúd umiestnený v magnetickom poli možno považovať za elementárny elektromotor.

Opísané javy vedú k záveru:

a) každý elektrický stroj musí mať elektricky vodivé médium (vodiče) a magnetické pole schopné vzájomného posunu;

b) počas prevádzky elektrického stroja v režime generátora aj v režime motora sa súčasne pozoruje indukcia EMF vo vodiči prechádzajúcom magnetickým poľom a výskyt mechanickej sily pôsobiacej na vodič v magnetickom poli pole, keď ním prechádza elektrický 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 režim motora a režim 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 širokej škále konštrukcií elektrických strojov sa ukazuje, že je možné si predstaviť určitú zovšeobecnenú konštrukciu 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 zo špecifikovaných častí stroja je vybavená prvkami, ktoré vzrušujú

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

nazývané pracovné vinutie stroja. Stacionárna časť stroja (stator) aj pohyblivá časť (rotor) majú jadrá vyrobené z mäkkého magnetického materiálu s nízkym magnetickým odporom.

Ak elektrický stroj pracuje v režime generátora, potom

Ryža. O 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. Tým 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 elektrickej sieti. V tomto prípade prúd vznikajúci vo vodičoch tohto vinutia interaguje s magnetickým poľom a na rotore vznikajú elektromagnetické sily, ktoré poháňajú rotor do rotácie. V tomto prípade sa elektrická energia spotrebovaná motorom zo siete premení na mechanickú energiu vynaloženú na aktiváciu akéhokoľvek mechanizmu, obrábacieho stroja, vozidla atď.

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

Výkonový rozsah elektromobilov je veľmi široký – od zlomkov wattu až po státisíce 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. Využitie 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 priemyselnej frekvencie na prúd vyššej frekvencie. Na tieto účely využívajú 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 zvýšenie účinníka spotrebiteľov elektrickej energie sú tzv synchrónne kompenzátory... Elektrické stroje slúžiace na reguláciu striedavého napätia sú tzv indukčné regulátory.

Využitie mikrostrojov v automatických zariadeniach je veľmi rôznorodé. Elektromobily sa tu využívajú nielen ako motory, ale aj ako tachogenerátory(na prevod rýchlosti otáčania na elektrický signál), selsyns,

rotačné transformátory (na získanie elektrických signálov úmerných uhlu natočenia hriadeľa) atď. Uvedené príklady ukazujú, aké rôznorodé sú elektrické stroje na ich účel.