История развития электрических машин

Введение

Общие вопросы электрических машин

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической энергии в электрическую.

Цель предмета: необходимо изучить устройство и физические процессы, происходящие в электрических машинах и трансформаторах.

История развития электрических машин

1821 год – Фарадеем были заложены первые основы физических процессов, позволяющие преобразовывать электричество. Максвелл и Ленц продолжили теорию машиностроения. Благодаря их работе в 1832 году братья Пикси изобрели прототип генератора постоянного тока. Благодаря знаменитым русским ученым Якоби и Доливо-Добровольского изобрели первый двигатель постоянного тока 1832. А в 1889 Доливо-Добровольский изобрел первый трехфазный асинхронный двигатель переменного тока. К концу двадцатого столетия были выведены и описаны основные законы машиностроения. В 1878 Яблоков изобрел первый прототип трансформатора. А настоящее время конструкция двигателей усовершенствуется.

Классификация электрических машин

 

I. По роду тока: постоянный, переменный.

II. По принципу действия: 1. Коллекторные машины постоянного тока. 2. Бесколлекторные машины переменного тока. Эти два вида подразделяются на два: а) Асинхронные б) Синхронные.

III. По числу фаз: однофазные, трехфазные, конденсаторные.

IV. По назначению (основной признак).

1. Двигатели (преобразование электрической энергии в механическую).

2. Генераторы (преобразование механической энергии в электрическую).

3. Электромашинные преобразователи (переменного тока в постоянный, ток одной частоты в ток другой частоты).

4. Электромагнитные усилители (для усиления мощности электрических сигналов).

5. Синхронные компенсаторы (для повышения cosj и повышения компенсации).

6. Индукционные регуляторы (для регулирования величины U).

7. Тагоконденсаторы (для получения электрического сигнала, прямо-пропорционального частоте вращения).

8. Сельсины, или вращающийся трансформатор (для получения электрического сигнала, прямо прпорционального углу поворота вала).

Отдельную группу составляют трансформаторные электрические машины.

Законы электротехники электрических машин:

1. Закон Ома I=U/R.
2. Законы Кирхгофа åI=0 åE=åI*R
3. Закон электромагнитной индукции (самый основной закон).

 

Рассмотрим элементарный генератор.

 

 

Вывод: для получения любой электрической машины необходимо наличие магнитного поля и проводник. При работе любой электрической машины в любом случае наводится ЭДС и Fэм. Машины обратимы, т.е. могут работать в двух режимах (двигателя или генератора).

Раздел I. Коллекторные машины или машины постоянного тока

Тема 1. Общие вопросы машин постоянного тока (МПТ)

МПТ выпускаются как в качестве двигателя, так и в качестве генератора. Большое применение обрели ДПТ. Выпускаются с мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. ДПТ обладают улучшенными пусковыми и регулировочными свойствами. МПТ позволяют получить скорость более 3000 оборотов в минуту (мин^-1). Широкого применения не нашли, т.к. более сложная конструкция, значит дороже и более низкая надежность, щеточный контакт искрит. В промышленных зданиях нашло применение машин переменного тока. В настоящее время распространены полупроводниковые преобразователи, которые помогают легче получить постоянный ток.

Серии МПТ выпускаемых промышленностью

Промышленность выпускает как двигатели, так и генераторы постоянного тока. Выпускаются серии машин общего и специального назначения. Серия общего назначения – 2П (частота вращения n=750-4000 мин^-1, Рдвиг= до 200 кВт, Ргенер= до 180 кВт). Выпускаются в зависимости от габаритов высоты оси вращения (всего одиннадцать):

90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315 млм.

 

В зависимости выполнения и наличии вентиляции делятся на серии:

2ПН – защищенное исполнение с независимой вентиляцией

2ПФ – защищенное исполнение с обдувом от постороннего вентилятора

2ПБ – закрытое исполнение с естественным охлаждением

2ПО – закрытое исполнение с обдувом от посторонней вентиляции

 

2ПН112М(L)ГУ4

2ПН – защищенное исполнение с независимой вентиляцией

112 – высота оси вращения

М – первый габарит станины L – второй габарит станины

Г – двигатель имеет встроенный тахогенератор

У – умеренный климат

4 – категория смещения на производстве

Другие обозначения:

Д – металлургическое оборудование

ПЛ – ДПТ с параллельным возбуждением

СЛ – ДПТ с последовательным возбуждением

ДПМ – ДПТ с постоянными магнитами

УЛ – универсальный ДПТ

Принцип действия генератора

I. Принцип получения переменной ЭДС.

Вращаем рамку

В результате в рамке проводника наводится переменное ЭДС, но нам необходимо постоянное.

II. Принцип получения постоянной ЭДС.

Для получения постоянной ЭДС необходимо установить коллектор со щетками – простейший механический преобразователь переменного тока в постоянный.

В результате в нагрузке получаются постоянное ЭДС, так как полярность щеток остается неизменной, то есть ЭДС в рамке по-прежнему переменное, а в нагрузке становится постоянным. Объясняется это тем, что в результате вращения цилиндра под щеткой А находится проводник, находящийся под северным полюсом. Под щеткой В проводник находится под южным полюсом. В результате получаем постоянный ток.

При наличии одной рамки получается ЭДС не обеспечивающая устойчивую работу машины или она слишком пульсирующая, а в точке 1 она равна 0.

 

Возьмем две рамки, расположенные под углом 90° относительно друг друга.

В настоящих машинах имеется множество проводников, равномерно уложенных по поверхности цилиндра, соединенных между собой последовательно и присоединенных к коллектору.

В виду того, что машины обратимы, можем сделать двигатель из генератора.

 

 

III. Принцип получения переменной ЭДС.

При протекании тока по рамке в магнитном поле мы получили ток, длину, и магнитную индукцию, а так же и электромагнитную силу, которая определяется по правилу левой руки.

Мы преобразовали электрическую энергию в механическую энергию.

При вращении рамки в магнитном поле, направление электромагнитной силы не изменится, так как при смене положения проводника меняется и направление тока в нем, следовательно, двигатель крутиться в одном направлении.

IV. Устройство машин постоянного тока.

Конструктивное выполнение машин постоянного тока достаточно разнообразно, но все они включают в себя следующие основные узлы:

1. Статор (неподвижная часть).
2. Якорь (ротор, подвижная часть).
3. Подшипниковые щиты.
4. Вентилятор.
5. Щеткодержатель (траверс).

Статор.

Статор состоит из станины и полюсов (главные, добавочные).

Станина (1) изготавливается из стали или чугуна. Прочная, высокая механическая прочность. Ф – магнитный поток машины, который замыкается через станину. Станина выполняется цельной, из обрезков трубы, реже сваркой. Машины большой мощности делают разъемной. Имеются отверстия для крепления главных или добавочных полюсов. По торцу имеются отверстия для подшипниковых шунтов. Несущая часть – своеобразный магнитопровод.

Главные полюса.

Главные полюса состоят из сердечника и подполюсной катушки. Сердечник набирается из листов электротехнической стали толщиной 1-2 мл, что существенно уменьшает вихревые тока, а также потери на перемагничивание якоря в магнитном поле.

На сердечник надевается полюсная катушка, которая выполняется медным проводом. В машинах мощностью до 1 кВт провод наматывается на пластмассовый каркас, который надевается на сердечник. При пропускании тока по катушке создается полюс определенной полярности.

Главные полюса предназначены для создания основного магнитного поля машины.

В более современных машинах сердечник набирается из листов холоднокатанной анизотропной стали, которая обладает повышенным магнитным соединением по поперечной оси. Холоднокатанная сталь обладает свойством покрываться оксидной пленкой, обладающая высоким сопротивлением для уменьшения вихревых токов (лаком не покрывается).

Добавочные полюса предназначены для уменьшения коммутации (для уменьшения искрения под щетками). Состоит из сердечника и полюсной катушки. Необходим для сосредоточения магнитной индукции в одну точку. Также набирается из листов электротехнической стали.

Количество главных полюсов машины такое же, как и добавочных или вдвое меньше. Добавочные полюса устанавливаются в машинах выше 1 кВт.

Полярность добавочных полюсов такая же, как и у главного следующего по направлению вращения – для генератора, или такая же, как у предыдущего главного полюса, но для двигателя.

Якорь.

Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора.

Вал – стальной цилиндр, соответствующего диаметра. На валу находится сердечник якоря, который выполнен из листов электротехнической стали. На внешней поверхности выштампованы пазы толщиной 0,35 мл, изолированные друг от друга изоляционным лаком. Пазы служат для того, чтобы заложить обмотку якоря. Сердечник служит для крепления обмотки и пути магнитного потока.

Обмотка якоря – закладывается в пазы, выполняется из круглого квадратного или прямоугольной формы.

Забивают клиньями, выполненные из гетинакса и текстолита.

Проводники соединяются последовательно между собой и припаиваются к коллекторным пластинам. Лобовые части обмотки стягиваются бондажем (проволока или стеклоленты).

Коллектор.

Коллектор самый сложный узел в машине постоянного тока.

Служит для снятия тока, простейший механический преобразователь переменного тока в постоянный. Коллектор состоит из множества медных пластин трапециидальной формы.

Коллектор:

1. Со стальными конусными шайбами. К петушку припаиваются проводники обмотки якоря. Сами пластины изолированные слоем меканита.

2. Коллектор из пластмассы – для снижения веса и изоляции.

3. Подшипниковые щиты. Выполняется из стали или чугуна. Передний щит – со стороны коллектора, задний – имеются расточки под подшипники, а после вал.

Вентилятор.

Назначение: охлаждение. Воздух затягивается со стороны коллектора, обдувает нагретые части (обмотки) и выходит из другой стороны; выполняется из стали, пластмассы.

Щеткодержатель (траверс).

В нем закрепляются непосредственно щетки, которые осуществляют скользящий контакт.

1. Обойма, в которой помещается щетка 2 (графитовые, угольные). Нажатие регулируется с помощью курка 3. Давление на щетку если большее, то щетка будит стираться. 4 – пружина. 5 – зажим. 6 – тросики служат для присоединения щетки к цепи

 

 

Понятие коммутации

Коммутация – это совокупность процессов, связанных с переключением секции из одной параллельной ветви в другую с одновременным изменением тока в ней как по величине, так и по направлению с ней.

Коммутация оценивается по работе щеточного контакта и определяется степенью искрения под щетками.

Заводы изготовители при выпуске машины заранее обеспечивают так называемую темную коммутацию (исключающее всякое искрение под щетками). По мере износа машины появляется искрение. Допускается небольшое искрение на машинах под щетками. Согласно ГОСТ искрение под щетками определяется степенью его искрения под сбегающим краем щетки.

Классы коммутаций

Существует пять классов коммутации: 1; ; ; 2; 3.

1 – темная коммутация (нет искрения).

- слабое искрение под небольшой частью щетки не вызывающая почернение коллектора.

- слабое искрение под большой частью щетки сопровождающаяся почернением, легко устраняющееся путем протираня поверхности коллектора.

2 – искрение по всем краям щетки, не устраняется.

3 – значительные искрения по всей площади щетки, сопровождающиеся с образованием крупных искр. Для всех машин: при кратковременном пуске или тороможении.

Класс коммутации указывается в паспорте электрической машины.

Если же его нету, то по умолчанию – завод-изготовитель обещает не более .

Дуговой огонь по коллектору

Такое явление может возникнуть в МПТ при значительных перегрузках и коротких замыканиях. В этих режимах растет ток якоря в результате большая реакция якоря приводит к возникновению напряжения и электрической дуге, поле становится неравномерным. Электрическая дуга растягивается из-за вращения двигателя и замыкается по всему коллектору. Явление возникновения в электрической дуге, замыкающейся по всему коллектору, которая может перекинуться на корпус называется дуговым огнем коллектора. Очень опасное явление, может вызвать к пожару и выходу из строя двигателя. Снижает вероятность, но не исключается: дополнительные полюса. Применяют воздушное литье, прокладки изготавливают из изоляционных материалов.

Помехи радиоприемника

МПТ, обладающая неудовлетворительной коммутацией становится причиной помех для радиоприемников. Помехи могут распространятся в эфире (электромагнитное излучение) и электросети.

Помехи в эфир устраняются путем экранирования машины, путем заземления корпуса. В электросети применимы два способа: первый, симетрирование обмоток (одинаковые параллельные ветви, которые присоединяют к коллектору); второй, наиболее эффективный, является установление емкостных фильтров – простейший конденсатор включенные между корпусом и каждым токоведущим проводом машины.

Классификация ГПТ

В МПТ требуется основное магнитное поле, оно создается в большинстве случаев обмоткой возбуждения, находящаяся на главных полюсах. Поэтому в зависимости от наличии обмотки возбуждения, а также способа ее подключения, различают следующие виды ГПТ:

1. Магнитоэлектрические – обмотка возбуждения отсутствует, присутствует обмотка якоря. Поле создается Постоянным магнитом. Используются редко.
2. Генераторы с электромагнитным возбуждением, то есть генераторы, в которых присутствует обмотка возбуждения для наведения магнитного поля. Виды:

1. Генераторы с независимым возбуждением – обмотка возбуждения питается от постороннего источника питания постоянного тока.

2. Генераторы с параллельным возбуждением – обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря.

3. Генераторы с последовательным возбуждением – обмотка возбуждения включена последовательно обмотке якоря.

4. Генераторы смешенного возбуждения – имеется и последовательная и параллельная обмотки возбуждения.

Генераторы под номерами 2, 3 и 4 – генераторы самовозбуждения.

Схемы ГПТ

Обмотки Я1-Я2, Д1-Д2, С1-С2, К1-К2 соединяются на схемах между собой параллельно. Обмотки Ш1-Ш2 послоедовательно. Обмотки М1-М2 соединяются от источника питания.

К основным техническим параметрам относятся:

1. Тип.
2. Номинальное напряжение, Uном.
3. Номинальный ток, Iном.
4. Номинальная мощность, Рном.
5. Частота вращения, f.
6. КПД – коэффициент полезного действия, h_НОМ.

I. Схема ГПТ независимого возбуждения.

II. Схема ГПТ параллельного возбуждения.

 

 

 

III. Схема ГПТ последовательного возбуждения.

IV. Схема ГПТ смешанного возбуждения.

Клемная коробка.

Характеристики генератора

Обычно МПТ работает с постоянной частотой вращения (n=n_НОМ=const), поэтому характеристики снимаются при постоянной частоте f. Характеристиками генератора называют определенные зависимости, выраженные в графической форме и характеризующие основные процессы, происходящие в генераторе. К ним относятся:

1. Характеристика холостого хода: Ео=f(Iв), Iа=0, n=n_НОМ=const.

Для генератора независимого возбуждения.

Устанавливают +Iвmax.

Uг=(1,1-1,15)Uном.

+Iвmax уменьшают, можно зафиксировать Еост.

Iвmax уменьшают до «–», Uг=–(1,1-1,15)Uном.

Кривая 2 – внизсходящая ветвь характеристики.

Теперь, увеличивая –Iвmax до +Iвmax, обратно.

Кривая 3 – восходящая вверх характеристика.

Кривая 1 – расчетная ветвь характеристики.

Для генератора параллельного (смешенного) возбуждения.

Для генератора последовательного возбуждения.

В этом случае Iв=Iа=0. Характеристики нету, так как отсутствует нагрузка.

1. Нагрузочная характеристика: U=f(Iв), Iа¹0, n=n_НОМ=const.

 

Отложиваем отрезок ав=IаRа. Проводим прямую линию ас. Отрезок ве – реакция якоря. Уменьшение величины напряжения происходит из-за двух причин:

1. Падение напряжения в якоре.
2. Реакция якоря.

Iв₁ – Iв₂ – велечина тока возбуждения, необходимая для компенсации.

 

1. Регулировочная характеристика: Iв=f(Iа), U=Uном=const, n=n_НОМ=const..

U=const

При Iв₀, следовательно U=Uном, увеличили нагрузку, ток возбуждения меняют таким образом, чтобы U=const.

 

 

1. Внешняя характеристика: U=f(Iа), r_в=const, n=n_НОМ=const.

Схемы и уравнения токов ДПТ

Если вместо нагрузки в схемах генератора подать напряжение, то получим схему двигателя соответствующего возбуждения.

1. Схема независимого возбуждения.

1. Схема параллельного возбуждения.

1. Схема последовательного возбуждения.

1. Схема смешанного возбуждения.

Принцип действия ДПТ

Принцип дейсвтия основан на соблюдении двух условий:

1. Подать напряжение на обмотку возбуждения при этом возникнет ток возбуждения, что влияет на создание основного магнитного потока Фо.
2. Подать напряжение на обмотку якоря, при этом возникает ток в цепи якоря.

Линия щеток – линия тока раздела.

Ток якоря зависит от количества обмоток.

За счет взаимодействия магнитного потока машины с током в цепи якоря на каждый проводник с током начинает действовать электромагнитная сила (определяем по правилу левой руки). Сумма этих сил образует электромагнитный момент Мэм. Мэм=См∙Фо∙Iа.

И если он достаточен для тяги нагрузки, то двигатель будет работать, вращаясь с некторой частотой n. В результате мы преобразовали электрическую энергию поля в механическое движение вала с частотой n – режим двигателя.

Для реверса необходимо поменять направление тока в цепи якоря или в обмотке возбуждения.

Имеем частоту n, следовательно Еа=Се∙Фо∙n. Когда двигатель во вращении, значит наводится противо-ЭДС со знаком минус «–».

(аналогично формуле ГПТ).

Необходима формула ЭДС (выведем ее по второму закону Кирхгофа):

U-Еа=Iа∙Rа

U=Еа+Iа∙Rа для ДПТ U>Еа

Ra=r_а+r_д+r_к+r_с

Уравнение моментов ДПТ

ДПТ возникает со следующим моментами:

1. Электромагнитный момент (Мэм) – возникает за счет тока якоря (Iа) и магнитного потока (Фо). Положительный момент, способствует вращению машины.
2. Мо – момент холостого хода, возникает за счет силы трения. Отрицательный, но незначительный, за счет сторонних воздействий.
3. М₂ – полезный момент. Идет на преодоление нагрузки для выполнения полезного действия. Отрицательный – торозной двигатель.
4. Динамический момент (Мд) – возникает в результате динамики инерционности машины.

, где J – момент инерции, w - угловая частота.

Изменение скорости во времени

Мэм=Мо+М₂+Мд

Мо+М₂=Мст – статический (нагрузочный) момент.

Мэм=Мст+Мд

Мэм=Мст.

Пуск ДПТ

Для пуска ДПТ необходимо подать напряжение на обмотку якоря и обмотку возбуждения.

Однако, если не предпринять никаких мер пусковой ток достигает больших значений Iп=(10-20)Iном. Это может привести к следующим последствиям:

1. Сильное искрение по коллектору и дуговой огоно по коллектору, следовательно, возгорание.
2. Пусковой момент (Мп) прямопропорционален пусковому току (Iп), в результате пусковой момент очень большой, что приведет к разрушению частей машины. Двигатель много тянет, что приведет к перепаду напряжения в сети. Если включить посторонние электроприемники, то на них это будет плохо отражаться. Такой способ пуска применяется в машинах до 1кВт. Пусковой ток будет равен Iп=(3-5)Iном. Такие ДПТ обладают незначительной инерционностью.

Рассмотрим причины возникновения большого пускового тока:

, следовательно , , n=0, следовательно Еа=0. Значит

Т.к. Rа уменьшается и напряжение увеличивается, то пусковой ток будет большим.

Частота будет рости, следовательно Еа будет рости, а значит ток якоря будет уменьшаться.

При анализе формулы можно сделать следующие утверждения:

1. Уменьшить напряжение необходимым источником питания (применяется).
2. Практически можно раскрутить машину.
3. Увеличить сопротивление якоря или ввести в цепь добавочное пусковое сопротивление Rп.

Применяют пусковой реостат с Rп – это набор сопротивлений, соединенных между собой последовательно. Берут в зависимости от тока, чтобы пусковой ток был равен Iп=(2-2,5)Iном. Этот способ не экономичен.

Устройство АД

Ротор, который состоит из сердечника, росположенный на стальном валу. На внешней стороне выштампованы пазы, изолированные друг от друга лаком, что обеспечивает снижение вихревых токов на потери мощности. Число полюсов статора равно числу полюсов ротора.

Короткозамкнутый ротор: обмотка выполнена в виде “белечной клетки” – это два кольца соединенные между собой медными или алюминиевыми прутьями. Стержни укладываются в пазы сердечника; введены серии, вся конструкция заливается алюминием. Получается цельный харакер. Обмотка имеет чисто условный характер.

В фазном роторе в пазах распложена волновая обмотка, выполненная медным проводом. Девять проводов, из которых 3 дополнительных. Концы обмоток ротора соединяются внутри машины и изолируются, а выводы присоединяются к кольцам. По кольцам скользят щетки, расположенные на щеткодержателях. Более сложен по конструкции и дороже, однако он обладает лучшими регулировочными пусковыми свойствами.

Обычный центрабежный вентилятор.

Если правильно выполнена клемная обмотка, то при выполнении схемы звезды или треугольника они могут быть выполнены без их перекрещивания.

короткозамкнутый ротор

фазный ротор

Режимы работы АД

1. Генераторный режим. ¥<S<0

>n₁

Подается переменное напряжение на обмотку статора. С помощью приводного двигателя ротор раскручивают с частотой n больше n₁ при помощи пара. ЭДС становится отрицательной, следовательно эектромагнитный момент Мэм будет также отрицательным. Он будет направлен встречно моменту, создаваемый приводным двигателем, то есть он будет торомизным.

Ток поменяет направление, машина начинает выдавать активную мощность (чем больше механическое действие тем больше активная мощность), а также будет потреблять реактивную мощность.

Применяется редко. Требуется источник переменного тока.

2. Режим электромагнитного тормоза (режим противовключения). 1<S<+¥

Обмотку статора переключают на противоположное движение вращения поля (две фазы меняют местами). Ротор по инерции вращается в туже сторону. Ротор и статор вращаются на встречу друг друга. Ротор и статор вращаются на встречу друг другу, при этом тормозясь. Если при скорости n=0 не отключить машину, она начнет вращаться в обратную сторону.

 

ЭДС обмотки статора МПТ

Получим формулу ЭДС проводника, затем формулу ЭДС витка, катушки, катушечной группы, всей МПТ.

1. Получим формулу ЭДС проводника, Епр.

е_ПР=Вd∙lпр∙Uпр.

Магнитная индукция при равномерном воздушном зазоре изменяется по закону трапеции, то и ЭДС изменяется по закону трапеции. Заменим трапециидальный закон на прямоугольный.

Епр=Кф∙lпр

Кф=1,11 – коэффициент формы.

Епр=1,11∙ Вdср∙lпр∙Uпр

Линейную скорость можно найти по формуле:

Þ

Þ

1. Получим формулу ЭДС витка.

Как отмечалось ранее ЭДС изменяется по трапециидальному закону, что объясняется наличием высших гармоник ЭДС. Из электротехники следует, что так как ЭДС симметрична отностительно оси Х, то четные гармоники отсутствуют.

ЭДС третьей гармоники во всех фазах обмотки совпадают в пространстве и во времени, и при соединении звездой или треугольником также будут отсутствовать и соответственно кратный ей. Будут присутствовать 5 и 7 гармоники ЭДС.

Рассмотрим 5-ую гармонику.

Ев₁ (y=t)=2Е₁=4,44∙f₁∙A

Ев₅ (y=t)=2Е₅

Присутствует 5-ая гармоника, искажающая форму ЭДС.

Ев₁>>Ев₅

Основным средством борьбы с Ев₅ является уменьшение шага на , следовательно ЭДС витков первой гармоники будет 2Е₁, а ЭДС пятой гармоники будет Е₅=SЕ₅=0

Для седьмого гармоника укорачивается шаг на , следовательно Е₇=SЕ₇=0. Относительный шаг обмотки: = (0,8-0,86) – служит для укорочения обмотки – оптикающий шаг.

Ускорение шага обмотки приводит к уменьшению величины шага ЭДС.

 

 

1. у = t

1. у<t, то есть условно переместили на некоторый угол a.

 

Вывод: укорочение шага приводит к снижению величины ЭДС, однако улучшилась форма ЭДС.

Вводят понятие коэффициента укорочения (табличная величина).

Ку=1 при у = t.

Ку₁=sin(у∙90°/с) – для первой гармоники.

Ку_n=sin(у∙n∙90°/t)

Ку_n <<Ку₁

Е_В (у<t)=Е_В (у = t)∙Ку

Е_В (у<t)=4,44∙f₁∙Ф∙Ку

Вывод: возможность укорочения шага возможно только у второслойных обмоток, в результате в однослойных присутствуют высшие гармоники ЭДС, что ограничивает их применение. Они используются при мощностях машины порядка до 20 кВт, чем выше мощность, тем большее влияние высших гармоников и форма искажается больше.

1. Получим формулу катушки.

Ек=Ев∙wc, где wc – число витков катушки.

Ек=4,44∙f₁∙Ф∙ wc

1. Получим формулу группы катушек.

Зависит от вида обмотки: сосредоточенная она или распределенная.

Если распределительная обмотка.

При распределительной обмотке ЭДС уменьшается, хотя улучшается форма ЭДС.

Коэффициент распределения.

, где Кр берется из табличных данных.

Но можно рассчитать по следующим формулам.

Кр_I <<Кр_II

1. Получим формулу ЭДС МПТ обмотки статора.

Е=Екгр∙N, где N – количество катушечных групп.

Е=4,44∙f₁∙Ф∙wк∙Ку∙q∙Кр∙N

wк∙q∙N=w – общее число витков обмотки статора.

Коб=Ку∙Кр – обмоточный коэффициент статора.

Е_Ф=4,44∙f₁∙Ф∙w∙ Коб – формула фазной ЭДС.

Ел= Еф – формула линейной ЭДС при звезде.

Ел=Еф формула линейной ЭДС при треугольнике.

Явнополюсные ротор

Явнополюсный ротор – ротор с явно выраженными полюсами, который нашел большое распространение.

Конструкция:

 

1. Ступица (на ее с помощью ласточкиных хвостов, болтов крепятся остальные конструктивные части).

2. Ласточкин хвост.

3. Сердечник полюса (изготавливают из листов конструктивной стали).

4. Обмотка возбуждения полюсов (изготавливается из меди), питается постоянным током, имеет два кольца.

5. Полюсный наконечник.

 

Неявнополюсный ротор

Неявнополюсный ротор – это ротор с неявновыраженными полюсами. Представляет из себя удлиненный стальной цилиндр. Обычно выполняется цельный, но может быть и сборный.

Пазы занимают 2/3 всей поверхности.

Присутствуют подшипниковые щиты разной формы. Присутствует возбудитель, которым является генератор постоянного тока.

Внешние характеристики

U=f(I₁), Iв=const, n=n_НОМ=const.

Вид зависит от характера нагрузки. При активной характере нагрузки cosφ₁=1. Рост нагрузки сопровождается снижением величины напряжения, что объясняется увеличением падения напряжения в обмотке статора и также ростом размагничивающего действия в реакции якоря по поперечной оси.

 

При индуктивном характере нагрузки cosφ₁<1, рост нагрузки сопровождается более интенсивным падением напряжения, что объясняется размагничиванием. Реакция якоря по продольной оси.

При емкостном характере нагрузки увеличение нагрузки сопровождается ростом напряжения, что объясняется ростом подмагничивающего действия реакции якоря по продольной оси.

Введение

Общие вопросы электрических машин

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической энергии в электрическую.

Цель предмета: необходимо изучить устройство и физические процессы, происходящие в электрических машинах и трансформаторах.

История развития электрических машин

1821 год – Фарадеем были заложены первые основы физических процессов, позволяющие преобразовывать электричество. Максвелл и Ленц продолжили теорию машиностроения. Благодаря их работе в 1832 году братья Пикси изобрели прототип генератора постоянного тока. Благодаря знаменитым русским ученым Якоби и Доливо-Добровольского изобрели первый двигатель постоянного тока 1832. А в 1889 Доливо-Добровольский изобрел первый трехфазный асинхронный двигатель переменного тока. К концу двадцатого столетия были выведены и описаны основные законы машиностроения. В 1878 Яблоков изобрел первый прототип трансформатора. А настоящее время конструкция двигателей усовершенствуется.