Электрические машины: конспект лекций

Выходные данные

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Н. В. Шулаков
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Конспект лекций
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
Издательство Пермского государственного технического университета
2008

УДК 621.313 (07) 0-75
ISBN 978-5-88151-985-8
© ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет», 2008

Содержание

1. Предисловие
2. Введение
3. Раздел I. Трансформаторы (Лекции 1–5)
4. Раздел II. Асинхронные машины (Лекции 6–11)
5. Раздел III. Синхронные машины (Лекции 12–19)
6. Раздел IV. Машины постоянного тока (Лекции 20–28)
7. Библиографический список

Предисловие

Пособие написано по материалам лекций, читаемых автором в ПГТУ студентам специальностей «Электромеханика» и «Горная электромеханика», и соответствует программе общего курса электрических машин. Рассмотрены основные вопросы общей теории, описание конструкций и анализ эксплуатационных свойств трансформаторов, асинхронных машин, синхронных машин и машин постоянного тока.

Для самопроверки в пособии даны вопросы с несколькими вариантами ответа. Студент, выбрав ответ, должен сверить его с «Ответами на вопросы для самопроверки», помещенными в конце каждого раздела.

Введение

Электрические машины в современной технике являются основными источниками и потребителями электроэнергии. Электромеханика включает разделы: электрические машины, электрические аппараты, электрический привод.

В данном курсе рассматриваются конструкции и вопросы теории трансформаторов, электродвигателей и генераторов. Трансформатор — это статический электромагнитный аппарат для преобразования величины напряжения переменного тока.

Раздел I. Трансформаторы

Лекция 1. Принцип действия и холостой ход трансформатора

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий энергию переменного тока одного напряжения в энергию переменного тока другого напряжения той же частоты.

Основными рабочими частями силового трансформатора являются магнитная цепь (сердечник) и обмотки высшего и низшего напряжений.

Вопросы для самопроверки:

• 1.2.1. Можно ли сердечник трансформатора выполнить из алюминиевых листов? (а) можно; б) нельзя).
• 1.2.2. Можно ли заменить трансформаторное масло обычным смазочным минеральным маслом? (а) нельзя; б) можно).

Принцип действия трансформатора

Если к одной из обмоток с числом витков w1 подвести переменное синусоидальное напряжение U1, то по обмотке будет протекать ток I0, который создает в сердечнике переменный магнитный поток Ф. Согласно закону электромагнитной индукции, в обмотках индуктируются ЭДС.

Вопросы для самопроверки:

• 1.3.1. Будет ли индуктироваться ЭДС во вторичной обмотке трансформатора, если по первичной обмотке протекает установившийся постоянный ток? (а) будет; б) не будет).
• 1.3.2. Появится ли ЭДС во вторичной обмотке, если по первичной обмотке протекает неизменный по направлению, но меняющийся по величине (пульсирующий) ток? (а) появится; б) не появится).

Холостой ход трансформатора

Холостым ходом называется режим, при котором вторичная обмотка разомкнута. Действующее значение ЭДС, индуктированной в первичной обмотке основным потоком Ф, определяется формулой:

E1 = 4,44 f w1 Фm (1.1)

Коэффициент трансформации: k = E1/E2 = w1/w2 (1.3)

Векторная диаграмма холостого хода трансформатора.

Лекция 2. Работа трансформатора под нагрузкой

Если замкнуть рубильник К и подключить нагрузку ко вторичной обмотке, по вторичной цепи будет протекать ток I2. Согласно правилу Ленца, этот ток стремится ослабить основной магнитный поток.

Уравнение токов нагруженного трансформатора: I1 = I0 + I2′ (2.3)

Уравнение напряжений вторичной цепи: U2 = E2 — r2I2 — jx2I2 (2.4)

Лекция 3. Определение параметров схемы замещения

Схема замещения трансформатора. Параметры ветви намагничивания определяются током холостого хода.

Схемы проведения опытов: а — холостого хода; б — короткого замыкания.

Относительное напряжение короткого замыкания: uк% = (Iном * zк / Uном) * 100% (3.11)

Лекция 4. Трансформирование трехфазного тока

Схема группового трансформатора.

Схема трехфазного трансформатора.

Группы соединений трехфазных трансформаторов.

Группа соединений определяется углом сдвига фаз между линейными ЭДС первичной и вторичной обмоток.

Автотрансформатор

Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.

Суммарная мощность обмоток автотрансформатора меньше, чем мощность обмоток двухобмоточного трансформатора при той же проходной мощности.

Раздел II. Асинхронные машины

Лекция 6. Принцип действия асинхронного двигателя

Общий вид асинхронного двигателя. Состоит из статора и ротора.

В основе действия лежит взаимодействие вращающегося магнитного поля статора с токами ротора.

Лекция 10. Пуск и торможение асинхронных двигателей

Пуск двигателей с фазным ротором осуществляется с помощью пускового реостата.

Реакторный пуск двигателя с короткозамкнутым ротором.

Раздел III. Синхронные машины

Лекция 12. Принцип действия и основные явления

Роторы синхронной явнополюсной и неявнополюсной машин.

Синхронные машины характеризуются строго постоянной скоростью вращения.

Лекция 13. Реакция якоря синхронной машины

Картины магнитных потоков в неявнополюсной машине при различных углах нагрузки.

Воздействие МДС якоря на магнитное поле машины называется реакцией якоря.

Раздел IV. Машины постоянного тока

Лекция 20. Принцип действия генератора постоянного тока

Устройство машины постоянного тока.

Устройство главных полюсов.

Машины постоянного тока находят применение там, где требуется длительное, глубокое и плавное регулирование скорости.

Лекции 24-25. Двигатели постоянного тока

Принцип действия двигателя постоянного тока.

Схема включения двигателя параллельного возбуждения.

Регулирование скорости осуществляется изменением сопротивления якорной цепи, магнитного потока или напряжения на якоре.

Библиографический список

1. Вольдек А. И. Электрические машины. — М.; Л.: Энергия, 1974.
2. Петров Г. Н. Электрические машины. — М.; Л.: Госэнергоиздат, 1956–1968.
3. Костенко М. П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. — Л.: Энергия, 1972–1973.
4. Электрические машины и микромашины / Д. Э. Брускин [и др.]. — М.: Высшая школа, 1981.
5. Кацман М. М. Электрические машины. — М.: Высшая школа, 1990.