Электрические машины. Генераторы. Электродвигатели

Пособие посвящено рассмотрению проблем применения высоковольтного электропривода, широко применяемого в промышленности. Выделены такие направления, как электроприводы нефтеперекачивающих и компрессорных станций при транспортировке углеводородов и газа; электроприводы мощных вентиляционных агрегатов и дымососов в различных отраслях народного хозяйства; электроприводы насосных установок; тяговые электроприводы в железнодорожном транспорте; электроприводы шахтных подъемных машин; электроприводы прокатных станов и др. Среди высоковольтных электроприводов большой (более 100 кВт) и средней (менее 100 кВт) мощности наиболее распространены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, асинхронные электродвигатели с фазным ротором и синхронные электродвигатели. Задачей пособия является разработка математического аппарата, подхода и методики к разработке систем управления высоковольтными электроприводами. Цель пособия – дать необходимые знания для разработки принципов и подходов к выбору топологии силовой схемы высоковольтного электропривода, а также к построению алгоритмов управления электроприводом.

Книга представляет собой учебное издание, в котором с системотехнических позиций представлены конструктивные решения тяговых электроприводов транспортных средств, закономерности и особенности их функционирования. Приведены показатели эффективности работы электромобилей при применении современных химических источников тока. Изложены основные сведения о современных системах тягового электропривода электромобилей, взаимосвязанных с вопросами увеличения области эффективного использования электромобилей на основании снижения удельной стоимости батарей и повышения срока их службы. Целью учебного пособия является обобщения вопросов конструкции и диагностирования современных электронных, микропроцессорных систем тягового электропривода транспортных средств, с учетом систематизации основных понятий и описаний данных систем.

Рассмотрены физические принципы работы, свойства, параметры и характеристики основных функциональных узлов, входящих в состав устройств электропитания радиоэлектронных средств и систем: дросселей, трансформаторов, выпрямителей, сглаживающих фильтров, регуляторов, стабилизаторов, преобразователей напряжения, первичных источников электрической энергии, электрических машин, а также вопросы электропитания объектов телекоммуникаций, электромагнитной совместимости и защиты устройств электропитания. Учебное пособие содержит описание цикла компьютерных лабораторных работ по имитационному схемотехническому моделированию источников вторичного электропитания в Multisim. Список литературы способствует повышению эффективности самостоятельной работы студентов.

В традиционных схемах многоуровневых автономных инверторов напряжения с фиксирующими диодами питание уровней инвертора осуществляется или от одного неуправляемого выпрямителя, нагруженного на гирлянду емкостных делителей, или нескольких неуправляемых выпрямителей для каждого уровня. При работе на переменной частоте в схемах частотно-регулируемого электропривода на низких скоростях задействуется только часть из возможных уровней напряжения, что существенно ухудшает качество выходной сети инвертора. Тогда при работе приводного асинхронного двигателя на низких скоростях проявляется негативное влияние широтно-импульсной модуляции на обмотки статора двигателя. При этом оно не намного меньше, чем при питании машины от обычного двухуровневого автономного инвертора напряжения. Некоторое снижение отрицательного влияния обусловлено лишь уменьшением амплитуды импульсов напряжения на выходе инвертора. В то же время производные импульсов напряжения по-прежнему не отличаются от этих производных для случая двухуровневого инвертора напряжения. Долговечность приводного двигателя существенно снижается из-за протекающих паразитных токов между витками обмотки и между обмоткой и станиной машины. В результате такого негативного воздействия происходит ускоренное старение изоляции двигателя и преждевременный ее пробой. Эта проблема часто решается конструированием и применением специального частотно-регулируемого двигателя. От двигателя общепромышленных серий он отличается применением специальной изоляции повышенной прочности и непроводящих неметаллических подшипников. При этом значительно возрастает стоимость и так недешевой системы электропривода из-за дорогого объекта управления — двигателя В работе показан вариант относительно простого усовершенствования силовой схемы для четырехуровневого автономного инвертора напряжения заменой питания уровней от неуправляемого на управляемый выпрямитель. Это позволяет получить лучший спектр выходного напряжения инвертора. Коэффициент гармоник линейного напряжения при этом снижается почти в 5 раз. Решение может быть рекомендовано, если работа электропривода на низких скоростях составляет значительную часть производственного цикла.

Представлены семь лабораторных работ. Даны краткие теоретические сведения, подробно описаны порядок выполнения лабораторных работ и требования к содержанию отчета о работе. Приведены контрольные вопросы для закрепления полученных знаний.

Изложены основные принципы построения асинхронных частотно- регулируемых электроприводов. Проведен анализ технического уровня современных асинхронных двигателей и преобразователей частоты. Рассмотрены принципы построения математических моделей трехфазных асинхронных двигателей с позиций теории обобщенной электрической машины. Приведены результаты анализа системных свойств разомкнутого электропривода с силовым полупроводниковым преобразователем и асинхронным двигателем, таких как управляемость, наблюдаемость и чувствительность. Даны рекомендации по использованию полученных результатов в системах частотно-регулируемого электропривода с асинхронными двигателями.

Книга содержит результаты исследований пироэлектрических, диэлектрических и флексоэлектрических свойств сегнетоэлектриков и мультиферроиков. Приведены примеры использования сегнетокерамических материалов в пьезоэлектрических преобразователях энергии и рассмотрены конструктивные особенности преобразователей консольного типа. Книга посвящается 50-летнему юбилею со дня основания Научно-исследовательского института физики Южного федерального университета.

Рассмотрены вопросы параллельной работы электрических систем. Дано описание некоторых крупных системных аварий. Отражены особенности протекания электромеханического переходного процесса в электроэнергетической системе. Разобраны угловые характеристики мощности генераторов, статические характеристики асинхронных двигателей и комплексной нагрузки. Изложены основные методы анализа устойчивости электроэнергетических систем. Рассмотрен асинхронный режим. Даны сведения по противоаварийной автоматике, применяемой в современных условиях. Приведены уравнения Парка–Горева, отмечено их место в расчете электромеханических переходных процессов синхронных и асинхронных машин. Рассмотрены вопросы самозапуска синхронных и асинхронных двигателей. Материал сопровождается примерами и контрольными вопросами.