Электромеханическое преобразование энергии в поле переменных токов. <...> Выраженная через обобщенные координаты такая энергия, наряду
с кинетической дает возможность получить уравнения движения системы. <...> В настоящем пособии для составлений уравнений движения наряду с функцией Лагранжа используется и функция Гамильтона. <...> При
анализе электромеханических систем этот подход может оказаться более предпочтительным, если вместо действительных координат ввести
так называемые квазикоординаты. <...> 5
Глава 1
ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ И ЗАКОНЫ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
Электромеханическое преобразование энергии связано с двумя видами движения электрических зарядов. <...> Электромеханическая
системас( вынесенными
с вынесенными
контуры, на зажимы которых подсистема
водится механическая мощность
диссипативнымиэлементами
элементами
диссипативными
(рис. <...> Таким образом, электромеханическое преобразование энергии со
стороны электрических зажимов определяется законами Кирхгофа, а с
механической – вторым законом Ньютона. <...> Обычно указывается, что механическая сила магнитного поля в любой
точке характеризуется индукцией B, что говорит о потенциальной природе возникающих сил. <...> Ограничимся вначале
случаем, когда магнитное поле создается внешними источниками,
а ток рассматриваемого контура является линейным, т. е. его сечение
достаточно мало до рассматривемых точек поля, и его сила остается постоянной при этом перемещении (виртуальное перемещение). <...> При этом
7
сила тока остается постоянной (виртуальное перемещение). <...> (1.3)
Таким образом, работа пондеромоторных сил при виртуальном перемещении контура тока равна произведению тока на изменение магнитного потока через контур этого тока. <...> Выразим ток контура через число витков контура и ток витка уравнением
I = wi,
подставив которое в (1.4), получим
V = iwФ = – i . <...> Здесь = wФ – потокосцепление от внешнего поля, связанного с рассматриваемым контуром. <...> Полученное выражение <...>
Основы_электромеханического_преобразования_энергии.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
В.В. ЖУЛОВЯН
ОСНОВЫ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2008
Стр.1
УДК 621.314(075.8)
Ж 877
Инновационная образовательная программа НГТУ
«Высокие технологии»
Рецензент К.П. Кадомская, д-р техн. наук, проф.
Работа подготовлена на кафедре электромеханики для студентов,
обучающихся по специальности 140160 – Электротехника,
электромеханика и электротехнологии
Ж 877 Основы электромеханического преобразования энергии :
учеб. пособие / В.В. Жуловян. – Новосибирск : Изд-во НГТУ,
2008. – 280 с.
Жуловян В.В.
ISBN 978-5-7782-1246-6
Рассмотрены различные подходы к анализу процессов электромеханического
преобразования энергии.
Пособие построено на фундаментальных положениях электродинамики,
снабжено обширным практическим материалом.
Предназначено для студентов и аспирантов электромеханических
специальностей.
Жуловян Владимир Владимирович
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
Учебное пособие
Редактор Н.В. Городник
Выпускающий редактор И.П. Брованова
Дизайн обложки А.В. Ладыжская
Компьютерная верстка С.И. Ткачева
Подписано в печать 25.11.2008. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 150 экз.
Уч.-изд. л. 15,81. Печ. л. 17,0. Изд. № 225. Заказ № 1543. Цена договорная
Отпечатано в типографии
Новосибирского государственного технического университета
630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
УДК 621.314(075.8)
ISBN 978-5-7782-1246-6
© Жуловян В.В., 2008
© Новосибирский государственный
технический университет, 2008
Стр.2
Оглавление
Предисловие ............................................................................................................ 5
Глава 1. Основные соотношения и законы электромеханического
преобразования энергии ....................................................................... 6
1.1. Пондеромоторная сила, испытываемая замкнутым током во
внешнем магнитном поле. Потенциальная функция тока .................... 7
1.2. Механическая (пондеромоторная) сила взаимодействия токов ......... 10
1.3. Электромеханическое преобразование энергии в поле переменных
токов. Энергия магнитного поля ................................................... 14
1.4. Механические силы в переменном магнитном поле ........................... 25
1.5. Механические силы в электрическом поле .......................................... 33
Глава 2. Уравнения движения электромеханических преобразователей
энергии ............................................................................................ 44
2.1. Аналогия между электрическими и механическими системами ........ 45
2.2. Составление уравнений движения на основе закона сохранения
энергии .................................................................................................... 53
2.3. Уравнения Лагранжа .............................................................................. 63
2.4. Уравнения Лагранжа–Эйлера. Принцип Гамильтона ......................... 76
2.5. Уравнения Лагранжа для электрических и электромеханических
систем ...................................................................................................... 82
2.6. Истинные координаты и квазикоординаты .......................................... 92
2.7. Вывод уравнений движения на основе функции Гамильтона ............ 95
Задачи ........................................................................................................... 110
Глава 3. Вращающиеся многополюсные электромеханические преобразователи
энергии ........................................................................ 145
3.1. Устройство вращающегося преобразователя энергии ...................... 146
3.2. Индуктивные (динамические) параметры машины........................... 153
3.3. Уравнения движения обобщенной электрической машины ............. 160
3.3.1. Уравнения Лагранжа ................................................................... 161
3.3.2. Вывод уравнений движения на основе физических
законов .......................................................................................... 163
3.3.4. Электромагнитный момент ........................................................ 171
3.3.5. Уравнения движения обобщенной электрической машины,
выраженные через переменные , и d, q ................................ 182
3
Стр.3
Глава 4. Асинхронные машины ...................................................................... 192
4.1. Уравнения напряжений, токов, потокосцеплений. Схема замещения
..................................................................................................... 193
4.2. Вращающий электромагнитный момент ............................................ 201
4.3. Круговая диаграмма токов ................................................................... 209
4.4. Определение по круговой диаграмме основных величин, характеризующих
работу асинхронного двигателя .................................... 216
4.5. Пусковой режим ................................................................................... 220
Задачи ........................................................................................................... 225
Глава 5. Синхронные машины ........................................................................ 229
5.1. Устройство синхронных машин .......................................................... 230
5.2. Уравнения для исследования синхронной машины .......................... 231
5.3. Установившийся режим работы синхронной машины ..................... 233
5.5. Колебания и динамическая устойчивость синхронной машины ..... 266
Задачи ........................................................................................................... 276
Список литературы ............................................................................................. 280
4
Стр.4