WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический университет А. М. Крицштейн ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальностям 120400, 120100 (дисциплина «Электротехника и электроника») Ульяновск 2005 УДК 621.3 (075) ББК 31.21я7 К 82 Рецензенты: кафедра аэронавигации А и РЭО Ульяновского высшего авиационного училища; профессор Улья- новского госу дар ственного у нивер ситета Семушин И. В.

Утверждено редакционно-издательским университета в качестве учебного пособия.

Крицштейн, А. М.

К 82 Электр ические машины: учебное пособие / А. М. Криц- штейн. - Ульяновск: УлГТУ, 2005. - 83 с.

ISBN 5-89146-674-0 начено для студентов машиностроительного Пособие предназ факультета спец. 120400 и 120100. Включает материал по следующим разделам курса «Электротехника и электроника»: электрические ма- шины постоянного тока, электрические маш ины переменного тока. про- Подготовлено на мышленных установок". кафедре "Электропривод и автоматизация УДК 621.3 (075) ББК 31.21я7 © А. М. Крицштейн, 2005 ISBN 5-89146-674-0 © Оформление. УлГТУ, 2005 ОГЛАВЛЕНИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ..........................4 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН....................4 1.1. Устройство принцип действия................................................ 4 1.2. Электротехнические материалы...............................................11 1.3. Исполнение электрических машин..........................................17 2. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ.................................................... 19 2.1. Задание...................................................................................19 2.2. Решить задачи........................................................................20 2.3. Методические указания...........................................................2.3.1. Конструкции асинхронных двигателей серии 4А......2.3.2. Основные положения.....................................................2.3.3. Схема замещения асинхронной машины. Приведе- ние параметров и переменных вращающегося ротора........2.3.4. Потери энергии и КПД асинхронных двигателей......2.3.5. Электромагнитный момент асинхронной машины..2.3.6. Пуск асинхронных двигателей...................................2.3.7. Торможение асинхронных двигателей........................3. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА........................................3.1. Задание..................................................................................3.2. Задача....................................................................................3.3. Методические указания........................................................3.3.1. Конструкция двигателей постоянного тока серии 2П............................................................................................3.3.2. Основные положения..................................................3.3.3. Пуск электродвигателей постоянного тока................3.3.4. Торможение электродвигателей постоянного тока..4. ВОПРОСЫ....................................................................................БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.............................................МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ Одним из основных видов занятий по курсу «Электротехника и электроника» разделу «Электрические машины» является вы- полнение контрольных заданий. При изучении курса студенты приобретают необходимые знания о конструкциях электрических машин, физических процессах в них протекающих, основных ме- тодах расчетов параметров и режимов машин.

К представленным на рецензию контрольным задания м предъявляются следующие требования.

1. На первой странице должно быть изложено задание, указан вариант задачи и все заданные величины.

2. Основные положения решения должны быть достаточно подробно пояснены.

3. Рисунки, графики, схемы, в том числе и заданные услови- ем задачи, должны быть выполнены аккуратно и в удобном для чтения масштабе.

4. В пояснительной записке следует оставлять поля шириной не менее 4 см для замечаний рецензента.

5. Расчет каждой исходной величины следует выполнить сначала в общем виде, а затем в полученную формулу подставить числовые значения в том же порядке и привести окончательный результат с указанием единиц измерения.

6. Конечные результаты расчетов должны быть выделены из общего текста.

7. Каждому этапу решения задачи нужно давать необходи- мые пояснения.

8. При построении кривых выбирать такой масштаб, чтобы на 1 см оси координат приходилось 1*10n или 2*10n единиц изме- рения физической величины, где n - целое число. Градуировку осей выполнять, начиная с нуля, равномерно через один или че- рез два сантиметра. Числовые значения координат точек, по ко- торым строятся кривые, не приводить. Весь график в целом и от- дельные кривые на нем должны иметь названия.

9. Ответы на контрольные вопросы должны быть ясными и короткими, при необходимости нужно приводить схемы, графи- ки и т. д. Не допускается переписывание текста из учебников.

Для ответов может быть использована любая известная студенту литература, в том числе специальная. Ссылка на литературу обя- зательна.

10. Вычисления должны быть сделаны с точностью до треть- ей- четвертой значащей цифры.

11. Выполненные контрольные задания должны быть датиро- ваны и подписаны студентом.

12. Исправление ошибок в рецензированном тексте не допус- кается. Если неправильно выполнена не вся работа, а только часть ее, то переработанный и исправленный текст следует запи- сать в тетради после первоначального текста под заголовком «Исправление ошибок».

Контрольное задание засчитывается, если решения не содер- жат ошибок принципиального характера, а задание в целом отве- чает всем вышеперечисленным требованиям.

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН 1.1. Устройство и принцип действия Конструктивная схема. Электрические машины имеют две ос- новные части: неподвижный статор 1 и вращающийся ротор 2, разделенные зазором 5 (рис. 1.1). На статоре и роторе размеща- ются стальные сердечники, которые служат для проведения маг- нитного потока. Для уменьшения потерь на вихревые токи при переменном магнитном поле сердечники набираются из изоли- рованных друг от друга листов электротехнической стали тол- щиной 0,5 или 0,35 мм. На внутренней окружности листов сер- дечника статора (рис. 1.2) или на наружной окружности листов сердечника ротора штампуются пазы 3 и 4, в которых затем ук- ладываются обмотки, служащие для проведения электрического тока. Обычно обмотки выполняются из меди, алюминия или их сплавов.

Рис. 1.1. Конструктивная схема Рис. 1.2. Пакеты сердечников асин- электрической машины: хронного дв игателя: 1 -cердечник I - статор; 2 - ротор; 3 - под- статора; 2 - сердечник ротора; 3шипники; 4 - вал; 5 - воздуш- пазы, в которых размешается якорная ный зазор; 6 - торцевы е шиты; обмотка статора; 4 - пазы, в которых 7 - корпус размешается якорная обмотка ротора;

5 — отверстие для вала ротора Якорные обмотки (обмотки, в которых индуктируется ЭДС) размещаются в магнитном поле, создаваемом в большинстве случаев обмоткой возбуждения. При вращении ротора обмотки перемещаются относительно друг друга, так как если обмотка возбуждения размещается на статоре, то якорная - на роторе и наоборот.

В центре листов сердечника ротора выштамповывается от- верстие со шпоночной канавкой для крепления сердечника на валу. Вал вращается в подшипниках; конец его удлинен для со- пряжения с другими рабочими механизмами. Вал может разме- щаться горизонтально или вертикально.

Подшипники у большинства машин встроены в торцевые щиты, прикрепляемые болтами к станине (корпусу), изготовляв- мой из чугуна, стали или алюминиевых сплавов (для облегчения веса в малых машинах).

Сердечник статора также крепится в станине, которая вос- принимает механическую нагрузку статора и обеспечивает меха- ническую устойчивость всей конструкции машины. На станине обычно имеются лапы для крепления к фундаментной плите.

В мощных машинах, диаметр щита которых превышает 1 м, подшипники часто крепят в специальных подшипниковых стоя- ках, устанавливаемых на плите отдельно от станины.

Обмотки и сердечники для лучшего охлаждения в большин- стве случаев обдуваются воздухом, обычно прогоняемым через воздушный зазор и по специальным каналам.

Таким образом, электрические машины имеют магнитопро- водящие сердечники, токопроводящие обмотки, охлаждающую и конструктивную системы, обеспечивающую механическую проч- ность.

Определение и принцип действия. Машина представляет собой энергопреобразующий механизм, связанный с перемеще- нием основных его частей относительно друг друга. Машины, в которых преобразование энергии происходит вследствие процес- са электромагнитной индукции, называются электрическими.

Явление электромагнитной индукции возникает при изменении магнитного потока, связанного с обмотками машины. Это изме- нение может происходить или вследствие пространственного пе- ремещения (вращения) обмотки относительно магнитного поля (индуктируемую при этом ЭДС обычно называют ЭДС враще- ния), или при взаимно неподвижных в пространстве потоке и об- мотке вследствие изменения во времени величины сцепленного с обмоткой потока (индуктируемую при этом ЭДС обычно назы- вают трансформаторной), или обоими этими способами.

В соответствии с установившимися в учебниках традициями в курсе электрических машин рассматриваются трансформаторы, которые представляют собой статические электромагнитные уст- ройства, предназначаемые для преобразования электрической энергии переменного тока в электрическую энергию тоже пере- менного тока, но других параметров. Такое совмещение удобно с методической точки зрения, так как работа трансформаторов также основана на принципе электромагнитной индукции. Для трансформаторов характерно, что явление электромагнитной ин- дукции осуществляется без взаимного механического перемеще- ния обмоток, вследствие чего в них ЭДС индуктируется лишь в результате изменения потока во времени. В электрических ма- шинах электромагнитная индукция возникает также в результате взаимного механического перемещения обмоток, поэтому ЭДС может индуктироваться в результате временного и пространст- венного изменения потока, связанного с якорными обмотками.

При нагрузке электрической машины по якорной обмотке проходит ток, намагничивающий сердечник. Поэтому прибли- женно сердечник простейшей двухполюсной машины с распо- ложенной на нем якорной обмоткой можно рассматривать как электромагнит, имеющий полюса NЯ и SЯ, которые взаимодейст- вуют с полюсами N и S сердечника обмотки возбуждения (рис.

1.3, а). Вследствие притяжения разноименных полюсов статора и ротора возникают силы притяжения F, имеющие тангенциальные составляющие Fq, создающие электромагнитный момент. Воз- никновение электромагнитного момента можно также объяснить, согласно закону Ампера, как результат действия сил Р, возни- кающих вследствие взаимодействия токов проводников якорной обмотки с полем машины (рис. 1.3, б).

При анализе работы электрических машин следует иметь в виду, что в случае отсутствия тока в якорной обмотке поле ма- шины создается только обмоткой возбуждения (рис. 1.3, в). Если по якорной обмотке проходит ток, то вокруг ее проводников соз- дается магнитное поле (рис. 1.3, г). Поля обмоток якоря и возбу- ждения взаимодействуют, вследствие чего поле машины в воз- душном зазоре поворачивается на угол в (рис. 1.3, д) по сравне- нию с его направлением в случае отсутствия тока в якорной об- мотке (см. рис. 1.3, в).

Изменение линий магнитного поля при его деформации мож- но сравнить с растяжением упругих резиновых нитей. Вследст- Рис. 1.3. К объяснению возникнов ения электромагнитного момента:

а - электромагнитный момент, как результат взаимодействия полей статора и ротора; б - электромагнитный момент, как результат взаимодейств ия тока ;

якорной обмотки с потоком машины; в - направление поля возбуждения г - направление поля якорной обмотки; д - направ ление поля маш ины при нагрузке вие деформации поля возникают электромагнитные силы F, стремящиеся вытолкнуть проводники с током якорной обмотки из магнитного поля и создающие электромагнитный момент.

Магнитный поток стремится пройти по путям с наименьшим магнитным сопротивлением и идет в основном не через провод- ники якорной обмотки, заложенные в пазах, а по стальным зуб- цам сердечника. Поэтому электромагнитные силы, поворачи- вающие ротор, действуют не непосредственно на проводники обмотки, а в основном на зубцы якорного сердечника.

Таким образом, рабочий процесс электрической машины не- изменно связан с тем, что в якорной обмотке индуктируется ЭДС. При нагрузке в результате взаимодействия тока, проходя- щего по этой обмотке, с магнитным потоком машины возникает электромагнитный момент. Преобразование энергии в электри- ческой машине сопровождается возникновением электромагнит- ного момента, который стремится повернуть ротор и статор в противоположные стороны.

Классификация по роду потребляемой энергии. Электри- ческие машины могут преобразовывать механическую энергию в электрическую (генераторы), электрическую - в механическую (двигатели), а также электрическую - в электрическую же энер- гию другого рода (преобразователи). Кроме того, существуют специальные типы машин, используемых в системах автоматики в качестве усилителей, регуляторов, индикаторов и т. д.

Для всех электрических машин характерна обратимость, т. е.

возможность работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя, один и тот же трансформатор может быть как повы- шающим, так и понижающим, преобразователь может изменять направление преобразования электрической энергии. Машины мощностью до 600 Вт условно будем называть микромашинами.

Области применения. Основной областью применения электрических машин является генерирование электрической энергии, а также ее преобразование в механическую энергию, которая используется для привода станков и механизмов, элек- трической тяги и т. д. Производство почти всей электроэнергии происходит при помощи электромашинных генераторов, преоб- разование в механическую - при помощи электромашинных дви- гателей, которые нашли самое широкое применение в промыш- ленности, сельском хозяйстве, авиации, транспорте, военном де- ле и быту. Трансформаторы служат для изменения напряжения в начале и конце линии электропередачи.

В современных системах автоматического управления и сис- темах синхронной связи в качестве исполнительных органов при- меняются, как правило, электрические машины. В качестве регу- лирующих органов применяются электромашинные и магнитные усилители. Электрические машины используются как дифферен- цирующие и интегрирующие элементы и как источники уско- ряющих и замедляющих сигналов в схемах синхронной связи, в программирующих, счетно-решающих и других системах. Эти машины применяются в измерительной технике в качестве тахо- генераторов, электромашинных динамометров, измерительных трансформаторов и т. д.

Достоинства электрических машин. Электрические маши- ны вырабатывают электрическую энергию, которую удобно пе- редавать на расстояние. распределять между потребителями и преобразовывать в другие виды энергии; они обладают высоким коэффициентом полезного действия - от 65 до 85% для машин мощностью около 1 кВт и от 95 до 99% для машин большой мощности. В крупных современных трансформаторах КПД дос- тигает значений, превышающих 99%. Следует заметить. что КПД других современных машин, например тепловых, двигателей внутреннего сгорания и паровых турбин, не превышает 30-40%.

Электрические машины имеют малый удельный вес на 1 кВт мощности. Они характеризуются относитель но малой стоимо- стью, компактностью, долговечностью, простотой управления, удобством обслуживания и легко обеспечивают индивидуальный привод к каждому станку. Электрические машины позволяют ис- пользовать, передавать и распределять энергию водных, тепло- вых и атомных станций.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.