При работе ЭМ нагреваются обмотки (электрические потери мощности), магнитопровод (магнитные потери мощности), а также вращающиеся части машины – вал, подшипники, вентиляционные лопатки (механические потери мощности). <...> Общие вопросы теории электрических машин Для генераторов P1 – это механическая мощность, а P2 – электрическая мощность. <...> Асинхронные двигатели потребляют более половины всей электроэнергии, вырабатываемой синхронными генераторами. <...> Генераторы постоянного тока применяют для питания двигателей постоянного тока и в качестве возбудителей или подвозбудителей синхронных генераторов. <...> Использование тонких листов стали вместо массивного магнитопровода уменьшает ЭДС, наводимые в каждом листе, вихревые токи и суммарные потери мощности от вихревых токов во всём разделённом на листы магнитопроводе. <...> У холоднокатаных сталей магнитные свойства лучше, чем у горячекатаных: выше магнитная проницаемость и ниже магнитные потери вдоль проката стали. <...> Рассмотрим принцип работы трансформатора на примере однофазного двухобмоточного трансформатора. <...> Обмотка, которую включают в сеть, – первичная обмотка с числом витков 1w . <...> Обмотка, к которой подключают нагрузку, – вторичная обмотка с числом витков 2 w . <...> Вторичная обмотка трансформатора в режиме холостого хода разомкнута (нагрузка к зажимам вторичной обмотки не подключена). <...> Электромагнитная схема трансформатора в режиме холостого хода Ток холостого хода, протекая по виткам 1w , создаёт магнитодвижущую силу Fi w= . <...> 00 1 Магнитодвижущая сила (МДС) F 0 возбуждает в магнитопроводе трансформатора переменное магнитное поле. <...> Уравнения напряжений первичной и вторичной обмоток для нагруженного трансформатора, согласно второму закону Кирхгофа, 11 σ11 `1 ue e r i ue e r i =−− + ⋅ , (1.19) 21 σ222 где r2 – активное (омическое) сопротивление вторичной обмотки. <...> 1.5) двухполюсный магнитный поток Ф1, проходящий через статор, ротор и воздушный зазор. <...> Таким образом, обмотка статора двухполюсной <...>
Электрические_машины_учебное_пособие.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
А. Л. Встовский
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Рекомендовано Государственным образовательным учреждением
высшего профессионального образования «Московский
энергетический институт» (Технический университет) в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки 140400 – «Электроэнергетика
и электротехника», 09.09.11
Красноярск
СФУ
2013
Стр.2
УДК 621.311 (07)
ББК 31.261я73
В 858
Рецензенты:
В. Я. Беспалов, д-р техн. наук, проф. Московского энергетического
института (Технического университета);
В. Н. Тимофеев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедры «Электротехнология
и электротехника»
Встовский, А. Л.
В 858
Электрические машины: учеб. пособие. – Красноярск : Сиб.
федер. ун-т, 2013. – 464 с.
ISBN 978-5-7638-2518-3
В учебном пособии излагаются принципы устройства электрических машин,
физические и теоретические основы электромеханического преобразования
энергии в электрических машинах, анализируются режимы их работы,
рассматриваются их потребительские и эксплуатационные свойства.
Предназначено для студентов укрупненной группы направления 140400
«Энергетика и электротехника» подготовки бакалавров и может быть полезным
для дипломированных специалистов и магистров, обучающихся по
направлению 140400 «Энергетика и электротехника».
УДК 621.311 (07)
ББК 31.261я73
ISBN 978-5-7638-2518-3
© Сибирский федеральный
университет, 2013
Стр.3
Оглавление
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ........................................................................................................ 3
1. Общие вопросы теории электрических машин ................................ 5
1.1. Общие сведения по электрическим машинам ........................... 5
1.2. Классификация электрических машин ...................................... 7
1.3. Материалы, применяемые в электромашиностроении ............ 10
1.4. Принцип действия трансформатора ........................................... 14
1.5. Назначение, области применения и устройство
трансформаторов ......................................................................... 18
1.6. Принцип получения вращающегося магнитного поля
в электрических машинах переменного тока ........................... 25
1.7. Принцип действия и устройство асинхронной машины .......... 29
1.8. Принцип действия, область применения и устройство
синхронной машины ................................................................... 42
1.9. Принцип действия и устройство машины постоянного
тока ................................................................................................ 46
Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 54
2. Трансформаторы ..................................................................................... 55
2.1. Основные соотношения в трансформаторе ............................... 55
2.2. Виды трансформаторов и магнитопроводов ............................. 58
2.3. Типы и конструкция обмоток ..................................................... 63
2.4. Схемы и группы соединения трансформаторов ....................... 65
2.5. Расчет магнитной цепи, намагничивающий ток
и ток холостого хода ................................................................... 71
2.6. Форма кривых намагничивающего тока и магнитного
потока трансформатора ............................................................... 75
2.7. Уравнения напряжения и векторные диаграммы
трансформатора ........................................................................... 81
2.8. Схема замещения трансформатора ............................................ 85
2.9. Опытное определение параметров схемы замещения ............. 88
2.10. Энергетические диаграммы активной и реактивной
мощностей трансформатора ...................................................... 96
2.11. Коэффициент полезного действия трансформатора.
Зависимость КПД от нагрузки .................................................. 99
2.12. Изменение вторичного напряжения при нагрузке.
Внешняя характеристика трансформатора .............................. 102
2.13. Регулирование напряжения трансформатора .......................... 107
2.14. Параллельная работа трансформаторов .................................. 110
459
Стр.460
Оглавление
2.15. Несимметричная нагрузка трехфазных
трансформаторов ........................................................................ 117
2.16. Включение ненагруженного трансформатора в сеть ............. 133
2.17. Внезапное короткое замыкание ................................................ 138
2.18. Перенапряжения в трансформаторах ....................................... 143
Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 147
3. Разновидности трансформаторов ........................................................ 148
3.1. Автотрансформаторы .................................................................. 148
3.2. Трехобмоточный трансформатор ............................................... 152
3.3. Измерительные трансформаторы тока и напряжения .............. 154
3.4. Сварочные трансформаторы ....................................................... 156
3.5. Трансформаторы преобразовательных установок .................... 157
Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 162
4. Обмотки машин переменного тока ..................................................... 164
4.1. Общие принципы выполнения многофазных обмоток ............ 164
4.2. Магнитодвижущие силы многофазных обмоток ...................... 165
4.3. Электродвижущие силы, индуцируемые в обмотках машин
переменного тока ......................................................................... 171
4.4. Схемы обмоток машин переменного тока................................. 176
Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 182
5. Асинхронные машины ........................................................................... 183
5.1. Асинхронная машина при неподвижном роторе ...................... 183
5.2. Фазорегуляторы и индукционные регуляторы
напряжения ................................................................................... 189
5.3. Работа асинхронной машины при вращающемся роторе ........ 192
5.4. Схема замещения асинхронной машины................................... 195
5.5. Расчет характеристик двигателей по схемам замещения ........ 202
5.6. Механические характеристики ................................................... 203
5.7. Влияние на механическую характеристику высших
гармоник магнитного поля ......................................................... 211
5.8. Устойчивость работы асинхронного двигателя ........................ 215
5.9. Рабочие характеристики асинхронного двигателя ................... 218
5.10. КПД и коэффициент мощности асинхронного
двигателя ..................................................................................... 220
5.11. Пуск в ход трехфазных асинхронных двигателей .................. 224
5.12. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным
пусковым моментом ................................................................... 232
5.13. Регулирование частоты вращения асинхронных
двигателей ................................................................................... 235
460
Стр.461
Оглавление
5.14. Многоскоростные двигатели .................................................... 243
5.15. Торможение двигателей ............................................................ 246
Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 250
6. Асинхронные машины специального назначения ........................... 252
6.1. Асинхронный автономный генератор ........................................ 252
6.2. Однофазные асинхронные двигатели ........................................ 255
6.3. Двухфазные управляемые асинхронные двигатели
автоматических устройств .......................................................... 260
6.4. Асинхронный тахогенератор ...................................................... 263
6.5. Сельсины ....................................................................................... 266
6.6. Вращающиеся трансформаторы ................................................. 271
Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 277
7. Синхронные машины ............................................................................. 278
7.1. Магнитное поле и электромагнитные параметры обмотки
возбуждения ................................................................................. 278
7.2. Характеристика холостого хода ................................................. 280
7.3. Работа синхронного генератора при симметричной
нагрузке ........................................................................................ 283
7.4. Математическая модель электромагнитных процессов
в синхронном генераторе ............................................................ 289
7.5. Векторные диаграммы синхронных генераторов ..................... 293
7.6. Характеристики синхронных генераторов ................................ 298
7.7. Потери мощности и КПД синхронного генератора ................. 308
7.8. Параллельная работа синхронных машин ................................. 312
7.9. Мощность и электромагнитный момент ................................... 322
7.10. Статическая устойчивость ........................................................ 325
7.11. U-образные характеристики синхронного генератора ........... 329
7.12. Качания синхронных машин ..................................................... 331
7.13. Синхронные двигатели .............................................................. 338
7.14. Внезапное короткое замыкание синхронной машины ........... 347
7.15. Несимметричные режимы работы синхронных
генераторов ................................................................................. 356
Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 363
8. Синхронные машины автоматических устройств ........................... 365
8.1. Назначение и особенности рабочего режима ............................ 365
8.2. Особенности конструкции синхронных микродвигателей
с постоянными магнитами .......................................................... 367
8.3. Особенности конструкции и принципа действия
синхронного реактивного двигателя ......................................... 370
461
Стр.462
Оглавление
8.4. Синхронные гистерезисные двигатели ...................................... 372
Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 375
9. Машины постоянного тока ................................................................... 376
9.1. Магнитная цепь машины и метод ее расчета ............................ 376
9.2. Основные электромагнитные соотношения в машине
постоянного тока ......................................................................... 383
9.3. Магнитное поле машины постоянного тока ............................. 387
9.4. Напряжение между коллекторными пластинами
и компенсационная обмотка ....................................................... 391
9.5. Коммутация .................................................................................. 393
9.6. Потери мощности. Коэффициент полезного действия
электрической машины ............................................................... 401
9.7. Генераторный режим работы машины ...................................... 407
9.8. Параллельная работа генераторов постоянного тока ............... 422
9.9. Двигательный режим работы машины ...................................... 423
9.10. Пуск и реверсирование двигателей постоянного тока ........... 427
9.11. Устойчивость работы двигателей............................................. 430
9.12. Двигатели параллельного возбуждения .................................. 433
9.13. Двигатели последовательного возбуждения ........................... 441
Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 445
10. Специальные машины постоянного тока ........................................ 447
10.1. Исполнительные двигатели постоянного тока ....................... 447
10.2. Тахогенераторы .......................................................................... 449
10.3. Бесконтактные двигатели постоянного тока ........................... 451
Вопросы и задания для самопроверки .............................................. 453
Заключение ................................................................................................... 455
Библиографический список ...................................................................... 457
462
Стр.463