Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
1.Роль и значение ЭМ в современной технике и энергетике. Краткий очерк развития ЭМ и тр-ов. Рост потребления электроэнергии в промышленности, транспрте, с/х, а также во многих других отраслях человеческой деятельности обуславливает необходимость применения разнообразного электротехнического оборудования. Одним из основных видов этого оборудования являются ЭМ, которые служат для преобразования механической энергии в электрическую и обратно, а также для преобразования одного рода электрической энергии в другой. ЭМ в общем объёме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имею важное значение для экономики любого государства. Электромашиностроение начало развиваться с середины XIX в. Исследования электромагнитных полей, проведенные в то время учеными, позволили приступить к созданию моделей для практического применения. Выдающиеся значения имели работы фр. физика А. Ампера, англ. физика М. Фарадея и русских ученых Э. Ленца, Б. Якоби и М.О. Доливо-Добровольского, работы которых дали мощный толчок использованию переменного тока. К началу XX в. стали вполне очевидными достоинства и широкие возможности использования в народном хозяйстве электрической энергии. Продолжительный период времени электрический генератор и электрический двигатель развивались независимо друг от друга, и только в 70-х годах XIX в. пути их развития объединились. Электрические машины постоянного тока прошли четыре этапа развития:а) магнитоэлектрические машины с постоянными магнитами;б) машины с электромагнитами с независимым возбуждением;в) электрические машины с самовозбуждением и элементарными якорями;г) электрические машины с усовершенствованными якорями и многополюсными системами.Начальный период развития электрических машин связан главным образом с постоянным током. Объясняется это тем, что потребителями электрической энергии являлись установки, работающие исключительно на постоянном токе (дуговые лампы, установки гальванопластики и др.).Развитие электрических железных дорог значительно увеличило спрос на электродвигатели и генераторы. В 80-х годах XVIII века возникла необходимость передавать электроэнергию на расстояние. В 1882г. были проведены первые опыты по передаче электроэнергии на постоянном токе. Однако высокое напряжение в генераторах постоянного тока ухудшало работу коллектора и часто приводило к авариям.Большая заслуга в развитии переменного тока принадлежит русскому ученому П. Н. Яблочкову, который в 1876 г. применил трансформатор для питания изобретенных им электрических свечей. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не имел применения. Выдающийся русский электротехник М.О. Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. В дальнейшем начали применяться масляные трансформаторы, так как было установлено, что масло хороший изолятор и хорошая охлаждающая среда для трансформаторов. Последнее столетие характеризуется быстрым ростом промышленности и транспорта на базе электрификации. К трансформаторам и электрическим машинам предъявлялись более высокие требования: повышение экономичности, уменьшение массы и габаритов. Проводилась большая работа по изучению электромагнитных и тепловых процессов, происходящих при работе трансформаторов и электрических машин, поиску новых изоляционных материалов и улучшению свойств электротехнической стали. 2. По какому правилу можно определить направление эдс проводника, находящегося в переменном магн. поле? Направление эдс проводника, находящегося в переменном магн. поле может быть определено по правилу правой руки. Ладонь правой руки расположена таким образом, что бы силовые линии магнитной индукции переменного магн. поля входили в нее. Большой отогнутый палец показывает направление движения проводника относительно магнитного поля, тогда четыре вытянутых пальца покажут направление Э.Д.С.
3. По какому правилу можно определить направление силы, действующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле? силу, действующую на проводник с током находящийся в магнитном поле можно определить По правилу левой руки. Силовые линии втекают в ладонь, четыре вытянутых пальца показывают направление тока, тогда большой отогнутый палец покажет направление силы Ампера.
4. З-н электромагнитной индукции. При любом изменении магнитного потока в проводнике индуцируется Э.Д.С., причем каким образом происходит изменение не имеет значения. - Максвелл. - Фарадей. Если в магнитном поле полюсов постоянных магнитов или электромагнитов (рисунок В.1) N и S поместить проводник и под действием какой-либо силы F1 перемещать его, то в нем возникнет э.д.с. е = BlV sin α = Blv где B – магнитная индукция в месте нахождения проводника; l – длина проводника (его часть, находящаяся в магнитном поле); V – скорость перемещения проводника в магнитном поле; α – угол между векторами максимума магнитной индукции и скоростью перемещения проводника (в рассматр. случае α = π/2, т.е. sin α=1). Направление э.д.с., индуктируемой в проводнике, определяется согласно правилу правой руки (от зрителя за плоскость чертежа). Если проводник замкнуть на какое-либо сопротивление приемника энергии, то в образовавшейся цепи под действием э.д.с. протекает ток I, направление которого совпадает с направлением э.д.с. проводника. В результате взаимодействия тока проводника с магнитным полем полюсов создается электромагнитная сила FЭМ=lBI, направление которой определяется по правилу левой руки. Эта сила направлена встречно силе F1 и при FЭМ= F1 проводник перемещается с постоянной скоростью. 5.6. По какому правилу можно определить направление МДС обмотки, если изветсно нправление силовых линий магн. поля, созаваемого МДС обмотки. По какому правилу можно определить направление Мдс обмотки если известно направление силовых линий магн. поля? По правилу буравчика можно определить направление тока, если известно направление поля и наоборот. 12. Принцип обратимости машин постоянного тока Принцип обратимости заключ. в том, что каждая машина по стоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Для перехода машины постоянного тока из режима гене ратора в режим двигателя и обратно при неизменной поляр ности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря. Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически. Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в машинах переменного тока. 13. Основные элементы конструкции и принцип действия машины пост. тока в режиме генератора. Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехни ческой стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанной на рис простейшей машине имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматри ваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.Основной магнитный поток в нормальных машинах постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Режим генратора Предположим, что якорь машины приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется э. д. с, направление которой может быть определено по правилу правой руки. Величина индукти руемой в проводнике об мотки якоря э. д. с. eпр = Blv,где В — величина маг нитной индукции в воз душном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l — активная длина проводника; v — линейная скорость движения проводника. В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые э. д. с, которые по контуру витка складываются, и поэтому полная э. д. с. якоря рассматриваемой машины Ea = 2enp = 2Blv. Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в этой цепи, а также в обмотке якоря возникает ток Ia. В обмотке якоря этот ток будет переменным, однако во внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора. Действительно, при повороте якоря и коллектора на 90° и изменении направления э. д. с. в проводниках одновременно происходит также смена коллекторных пластин под щетками. Вследствие этого под верхней щеткой всегда будет находиться пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой — пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и на правление тока во внешней цепи остаются неизменными. Т.о.в генераторе коллектор является механиче ским выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи. проводники обмотки якоря с током Ia находятся в магн. поле, поэтому на них будут действовать электромагн. силы Fпр=BlIa. Эти силы созд. мех. вращ. момент Мэм=FпрDa, где Da-диаметр якоря. 14. Принцип работы и устройство синх. машин (гидрогенератор) Синхронные машины — это бесколлекторные машины пере менного тока. По своему устрой ству они отличаются от асинхрон ных машин лишь конструкцией ротора, который может быть явнополюсным или неявнополюсным. Статор набир. из листов электротехнич. стали толщиной 0,35-0,5 мм в пазы которого укладывается 3-хфазная обмотка. Ротор синхр.машины имеет обмотку возб-ия питаемую ч/з 2 контакных кольца и щетки постоянным током от постороннего источника. В кач. источника чаще всего служит генератор пост тока относ-но небольшой мощности. Назаначение обмотки возб-ния созд. в машине первичного мгн. поля. Ротор вместе со своей обмоткой возб-ния также наз-тся индуктором. Если ротор синхр. машины привести во вращение с некоторой скоростью n об/сек и возбудить его, то поток возб-ния Фf будет пересекать проводники обмотки статора и в фазах последнего будут инд. эдс Название СМ происходит от того, то поле ротора и поле статора вращ-тся синхронно. Сердечники полюсов набир. из листов электротехнич. стали толщиной 1-2 мм и стягиваются с помощью шпилек 3.обмотка возбуждения 1 наматывается из профильной меди (для увеличения поверхности охлаждения). в полюсных башмаках 6 уклад. в синх. генераторах демпферная обмотка 4, а в двигателях пусковая по типу короткозамкнутой клетки АД. полюс крепится к ободу 7 с помощью Т-образных или в виде ласточкиных хвостов наконечников 2, 5- железо полюса. Явнополюсн машины-тихоходн. 15. Принцип действия и устройство турбогенератора. Турбогенератором наз-тся синхр. машина с неявнополюсным ротором. Вращениетурбогенераторов происходит с помощью параовой турбины и они явл. быстроходными машинами. Статор набир. из листов электротехнич. стали толщиной 0,35-0,5 мм в пазы которого укладывается 3-хфазная обмотка. Центр. отверстие выфрезир. для того чтобы убрать некачествен. часть ротора и ч/з него исследовать прриборами на наличие трещин. Диаметр ротора не более 1,35-1,4 м, акт. длина не более 7,5 м. Обмотка ротора турбогенератора выполн. в виде концентрич. катушек и закрепл. в пазах немагнитными мет. клиньями. Наиболее распространенным режи мом работы синхронных машин явля ется генераторный режим. Если ротор синхр. машины привести во вращение с некоторой скоростью n об/сек и возбудить его, то поток возб-ния Фf будет пересекать проводники обмотки статора и в фазах последнего будут инд. эдс. 23. Улучшение формы кривой ЭДС. Постановка вопросаЕсли высшие пространственные гармоники поля возбуждения индук тируют в обмотке высшие временные гармоники э. д. с, то полная э. д. с. обмотки будет изменяться во времени несинусоидально. Высшие гармоники э. д. с. могут вызвать в электрических сетях и приемниках ряд нежелатель ных явлений. Поэтому необходимо принять меры к их подавлению. Первой из таких мер является улучшение формы кривой распре деления самого магнитного поля и ее приближение к синусоидаль ной. Однако получить вполне приемле мые результаты при этом не удается. Поэтому стремятся подавлять высшие гармоники э. д. с. с помощью соответствующей конструкции обмоток. К таким кон структивным мерам относятся: 1) укорочение шага обмотки; 2) распределение обмотки по пазам таким образом, чтобы число катушек в катушечной группе было q > 1; 3) скос пазов обмотки. 22. Улучшение формы кривой ЭДС (ЭДС от третьей гармоники поля). Три фазы обмотки А, В, С сдвинуты относительно друг друга по отношению к гармонике поля v = 1 на 120°, по отношению к гармонике v = 3 на 3 *120° = = 360° или 0°, по отношению к гармонике v = 5 на 5*120° =600° или 240°, по отношению к гармонике v = 7 на 7*120° = 840° или 120° и т. д. в линейных напряжениях эти гармоники будут отсут ствовать. При соединении обмотки в треугольник э. д. с. гармоник v = 3 складываются, вызывают ток третьей гар моники i3, циркулирующий по замкнутому треугольнику, и расхо дуются на падения напряжения внутри обмотки. Поэтому и в данном случае линейные напряжения не со держат третьих гармоник. тока вызывают из лишние потери и нагрев обмоток. Кроме того, в однофазных обмотках с фазной зоной а = 120° э. д. с. гар моник v = 3, 9, 15 ... всегда равна нулю, так как на основании выражения для этих гармоник kpv = 0. По изложенным причинам при кон струировании обмоток обычно необхо димо заботиться об уменьшении влия ния гармоник, не кратных трем. 24. Улучшение формы кривой ЭДС (укорочение шага обмотки) При В = 1 для всех нечетных гармоник kуv= ±1, т. е. в э. д. с. витка э. д. с. всех гармоник проявляются в полной мере. Однако соответствующим выбором шага обмотки можно в принципе добиться уничтожения любой определенной гармоники э. д. с. Например, если сократить шаг на 1/5 полюсного деления, то В = 4/5 для v = 5 и поэтому также Е5= 0. Такой резуль тат объясняется тем, что при указанном укорочении шага э. д. с. от 5-й гармо ники поля в двух активных проводни ках витка совпадают по фазе и в контуре витка действуют встречно друг другу Достичь одновременного уничтожения всех гармоник невоз можно. Поэтому следует стремиться к наибольшему ослаблению наиболее сильных гармоник, которыми обычно являются гармоники наименьшего порядка, т. е. v = 5 и v = 7. Для этой цели подходит укорочение шага на 1/6t, когда B = 5/6 = 0,833. При этом , т.е. е. э. д. с. этих гармоник уменьшаются почти в четыре раза по равнению со случаем, когда В= 1. В то же время при В = 5/6 т. е. основная гармоника э. д. с. уменьшается незначительно. Укорочение шага возможно только на целое число зубцовых делений. Поэтому не всегда можно иметь В = 5/6 и обычно берут В = 0,80-0,86. 25. Улучшение формы кривой ЭДС (распределение обмотки)При q = 1для всех гармоник kpv = ±1 и поэтому ослабления гармоник э. д. с. в обмотке за счет ее распределения в пазах не про исходит. Однако если q > 1, то для многих гармоник | kpv | < kp1 и э. д. с. соответствующих гармоник значительно уменьшаются. Это объясняется тем, что э. д. с. катушек катушеч ной группы для v-й гармоники сдвинуты на углы vy вместо углов у для v = 1, в результате чего эти э. д. с. складываются под большими углами и их сумма уменьшается. В то же время для v = 1 значения kp1 — kp близки к единице, т. е. распределение обмотки мало влияет на основ ную гармонику э. д. с. |
7. Эдс, индуктируемая в обмотках машин переменного тока (формула эдс). действие всех многофазных машин пременного тока основано на принципе вращающегося магнитного поля, след-но теория всех машин переменного тока явл. общей. Действие ЭМ основано на явлении электромагн. индукции, кот. гласит, что при любом изменении магнитного потока в проводнике индуцируется Э.Д.С., причем каким образом происходит изменение не имеет значения. При конструир-ии машин перемен. тока стремятся к тому, чтобы индуктир. в оббмотках эдс. были синусоидальными. если эдс индуктир. вращ. магн. полем , то для этого необходимо, чтобы распределение магн. индукции вдоль возд. зазора было тоже синусоидальным.Получение вполне синусоидального распределения магн. поля практически невозможно, однако для приближения к этой цели примен. различные меры конструктивного хар-ра. Эдс проводника Вращающ. со скоростью синусоидальное магн. поле индукт. в каждом проводнике витка эдс , амплитуда кот. и действующее значение Где - расчетная акт. длина машины, =Вт1- амплитуда индукции осн. гармоники поля в зазоре. ЭДС витка катушки Эдс двух ативных сторон витка Е’пр и Е”пр имеют одинаковую величину, но сдвинуты по фазе на угол ,т.к. активные проводники витка сдвинуты в магн. поле на такой угол. эдс витка равна геометрич. разности эдс проводников: Eв= Е’пр- Е”пр, т.е -коэф-тн корочения шагаобмотки. ЭДС катушечной группы. Обычно для получения достаточ ного количества проводников и витков в фазе и сохранения в то же время приемлемых размеров пазов количество пазов в машине делают больше. При этом ряд (q) катушек, имеющих по одинаковому количеству витков wK и лежащих в соседних пазах, соединяют после довательно. Такую группу катушек, принад лежащих одной фазе, называют катушечной группой. называется коэффициентом распределения об мотки и характеризует уменьшение э. д. с. катушечной группы вследствие распределения ее витков qwK в q отдельных пазах. Т. о.Eq = qEKkp. Кр=sin a/2 / qsin a/2q. где Коб- оботочный коэф-нт, учитывает укорчение шага и распределение обмотки. 8. Трансформаторы. Назначение и роль тр-ров в энергетике. устройство и принцип действия. Уравнение эдс. К электрическим машинам в силу общности физических явлений относятся трансформаторы, являющиеся статическими электромагнитными преобразователями переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Принцип работы трансформаторов основан на использовании явления взаимоиндукции между двумя (или несколькими) обмотками, помещенными на замкнутом стальном магнитопроводе. Трансформаторы применяют при передаче электрической энергии на большие расстояния и распределении ее между потребителями, а также в различных преобразовательных, измерительных, защитных и других устройствах. Тр-р сост. из 2-х обмоток – первичн. и вторичн. и магнитопровода. Магнитопр. набирается из листов электротехнич. стали толщиной 0,35-0,5 мм, кот. изолир. др. от др. лаком. магнитопр. набирается из листов холоднокатанной стали, у кот. магн. св-ва при протекании потока вдоль проката лучше чем у горячекатанной. Стыки магнитопр. делают косыми. а МДС – F2=i2W2 создает собственный магн. поток Ф2, кот. по з-ну Ленца направлен встречно потоку Ф1 и тогда в магнитопр. протекает суммарный магн. поток Фm=Ф1+Ф2. Фm индуктир. в первичн.и вторичн. обмотках е1 и е2, величины кот. отлич. только числов витков. Кроме этого F1 созд. поток рассеяния , а F2 - . эти потоки рассеяния намного меньше потока по магнитопроводу. Потоки рассеяния созд. свои эдс. Формула действующего занчения эдс.(формула 4,44): => -действ.значение эдс. 16.Устройсво и принцип действия синх. двигателя Синхронные машины — это бесколлекторные машины пере менного тока. По своему устрой ству они отличаются от асинхрон ных машин лишь конструкцией ротора, который может быть явнополюсным или неявнополюсным. Статор набир. из листов электротехнич. стали толщиной 0,35-0,5 мм в пазы которого укладывается 3-хфазная обмотка. Ротор синхр.машины имеет обмотку возб-ия питаемую ч/з 2 контакных кольца и щетки постоянным током от постороннего источника. В кач. источника чаще всего служит генератор пост тока относ-но небольшой мощности. Назаначение обмотки возб-ния созд. в машине первичного мгн. поля. Синхр машины также обладают признаком обратимости и могут работать как в режиме двигателя. так и в режиме генератора. Одним из препятствий к широкому использованию синхронных двигателей, кроме их повышенной стоимости по сравнению с асинхронными двигателями, является сложность их запуска. При непосредственном включении в сеть промышленной частоты двигатель не придёт во вращение, так как электромагнитный момент не в состоянии в течение полупериода разогнать ротор до синхронных оборотов ввиду его инерционности. Чтобы ротор синхронного двигателя пришел во вращение его необходимо раскрутить с помощью постороннего двигателя до оборотов близких к синхронным и только после этого двигатель может быть подключён к сети. Обычно синхронные двигатели имеют на своем валу возбудитель в виде генератора постоянного тока параллельного возбуждения. При пуске по схеме контакты 7 разомкнуты, а контакт 8 замкнут. При этом обмотка возбуждения двигателя 2 замкнута через сопротивление 6 и асинхронный пуск происходит в наиболее благоприятных условиях. В конце асинхронного пуска, при s =0,05, срабатывает частотное реле, обмотка которого подключена к сопротивлению б, и включает контактор цепи возбуждения. Контакты 7 контактора при этом замыкаются, а контакт 8 размыкается. В результате в обмотку 2 подается ток возбуждения и двигатель втягивается в синхронизм. 17. Устройство и принцип действия синхронного компенсатора.СК-это Г реактивной мощности, работающий в режиме Д на хх. Синхронные компенсаторы предназначаются для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных ком пенсаторов также в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность, так как в этих случаях напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения. Для этого каждый синхронный компенсатор снаб жается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует величину его тока возбуждения так, что напря жение на зажимах компенсатора остается постоянным.Синхронные компенсаторы лишены приводных двигателей и с точки зрения режима своей работы в сущности являются синхрон ными двигателями, работающими на холостом ходу.Синхронные компенсаторы загружены также неболь шим активным током и потребляют из сети активную мощность для покрытия своих потерь. Компенсаторы строятся на мощность до SH = 100 000 квВа и имеют явнополюсную конструкцию, обычно с 2р = 6 или 8. Мощные компенсаторы имеют водородное охлаждение.Для осуществления асинхронного пуска все синхронные компен саторы снабжаются пусковыми обмотками в полюсных наконечни ках или их полюсы делаются массивными. При этом используется способ прямого, а в необходимых случаях — способ реакторного пуска. В некоторых случаях мощные компенсаторы пускаются в ход также с помощью пусковых фазных асинхронных двигателей, укреп ляемых с ними на одном валу. Для синхронизации с сетью при этом обычно используется метод самосинхронизации.Так как синхронные компенсаторы не развивают активной мощ ности, то вопрос о статической устойчивости работы (см. § 35-3 и 35-4) для них теряет остроту. Поэтому они изготовляются с мень шим воздушным зазором, чем генераторы и двигатели, и соответст венно этому величины Xd и Хq у них больше. Умень шение зазора позволяет облегчить обмотку возбуждения и удеше вить машину. СК строятся явнополюсными (4-6 полюсов); поскольку он работает в холостую он имеет один выход вала, вал можно сделать более тонким, вопроса статич. устойчивости не стоит , поэтому зазор можно сделать меньше чем у Д той же мощности, что уменьшает габариты. 18. Принцип образования вращающегося магнитного поля. Принцип образования вращ. магн. поля рассмотрим на пимере АД. На рис. представлены поперечные разрезы 2-полюсного АД и показан хар-р магн. поля статора для 2- моментов времени. Проводники каждого витка располож. др. от др. на расстоянии полусного деления где Da- диаметр внутр. расточки статора, р-число пар полюсов. полюсное деление сост-ет половину окр-сти.Двойному полюсному делению 2t соот-ет угол по окр-сти статора 360 эл. град.Начала фаз А,В,С сдвинуты на 120 град.Токи фаз считаются положит. когда направлены за плоскость черчежа. на рис. а показаны направления токов для моментавремени, года ia=Im, ib=ic=-1/2Im. На рис. б показаны направления токов для момента времени, когда фазы токов изменились на 30 град. ia=, ib=0, ic=-ia. Из рис. видно что распред-ие токов по окр-сти сост. 2 зоны, кждая величиной t, причем направлениятоков противоположны.токи проводников обмотки сосзд. двухполюсный магн. поток Ф1, проход-щий ч/з статор, ротор, возд. зазор. при изменении фазы токов на 30 град. магнитный поток также поворачиввается в направлении следования фаз. Ось витка фазы А направлена горизонт., и ось магн. потока при ia=Im также направлена горизонт. ясно, что если фаза токов изменится на 120 град.и ib=Im, то магн. поток будет направлен по оси фазы В, т.е. повернется на 120 град.в момент, когда ic=Im ось магн. потока совпадет с осью С и т.д. Т.О. обмотка статора двухполюсной машины при питании ее трехфазным током созд. двухполюсное вращ-ся магн. поле.магн. поле вращ. в направлении чередования фаз А, В, С. Для измен-ия направления вращ-ия поля достаточно переменить местами на зажимах обмотки статора концы 2-х проводников. 26. Улучшение формы кривой ЭДС (гармоники зубцового порядка и скос пазов) При q > 1 для ряда гармоник kpv = ±kp1 т. е. ослабления э. д. с. этих гармоник не происходит. Такие гармоники v = vz называются гармо никами зубцового порядка. Их порядок, где k=1,2,3…., при k=1близок к коол-ву зубцов на пару полюсов Z/p, чем и обусловлено их название.Для трех-фазной обмотки . Например, при q = 2 vz = 11, 13, 23, 25 ... При q = 1 все гармоники v = 5, 7, 11, 13 ... являются гармо никами зубцового порядка. В поле возбуждения синхронной машины содержатся все гар моники порядка vz Угол сдвига проводников у двух соседних пазов для основной гармоники поля определяется равенством Для э. д. с. от Vz-й гармоники поля этот угол в vz раз больше, и тогда что эквивалентно углу ±у. Таким образом, э. д.'с. проводников отдельных пазов от vz-й гармоники поля сдвинуты относительно друг друга на такие же углы, как и э. д. с. от основ ной гармоники поля. Поэтому векторы этих э. д. с. складываются в контуре витка и в кату шечной группе под одинаковыми углами сдвига фаз. В связи с этим не только коэффициенты рас пределения, но и коэффициенты укорочения шага для гармоник v = 1 и v = vz одинаковы. Т.о. укорочением шага обмотки и выбором целого числа q > 1 нельзя достичь уничтожения или ослабления высших гармоник э. д. с. от гармоник поля зубцового порядка. Однако при увеличе нии q увеличивается порядок гармоник vz, и поскольку гармоники высших порядков в кривой поля выражены слабее, то увеличение q ' все же способствует улучшению формы кривой э. д. с. обмотки. Уменьшение высших гармоник э. д. с, в частности, от гармоник поля зубцового порядка возможно также осуществлением скоса пазов или полюсных наконечников. Если, например, выбрать вели чину скоса то согласно выр-ю ,kcv = 0 и Ev= 0. Физически это объясняется тем, что при этом в отдельных участках проводника индуктируются одинаковые по величине и об ратные по направлению э. д. с. На практике обычно величину скоса берут равной зубцовому делению, и тогда эдс от всех гармоник зубцового порядка будут значительно ослаблены. 27. обмотки машина пременного тока.Общие сведения о трехфазных обмотках. Обмотки – это контуры, в которых протекают токи, создающие магнитное поле машины. Распределенные обмотки машин переменного тока подразделяются на петлевые и волновые — по направлению отгиба лобовых частей и последовательности соединения и на однослойные и двухслойные — по числу сторон катушек, расположенных в одном пазу.Обмотка статоров m-фазных электрических машин состоит из частей, называемых фазами обмотки. В симметричных обмотках, например трехфазных, все фазы обмотки одинаковы, т. е. состоят из одного и того же числа витков и катушек, симметрично расположенных в пазах магнитопровода и одинаково соединенных между собой катушечных групп. Фазы обмоток однофазных и двухфазных машин могут быть одинаковыми или различаться по числу витков, катушек и по площади поперечного сечения обмоточного провода. По конструктивному исполнению различают обмотки из круглого и прямоугольного проводов. Обмотки называют катушечными, если витки каждой катушки образуются непрерывным проводом, или стержневыми, если обмотка состоит из отдельных стержней, а витки образуются лишь после укладки в пазы соединением стержней в их лобовых частях.Катушечные обмотки в машинах переменного тока выполняются только петлевыми. Стержневые обмотки в зависимости от направления отгиба лобовых частей могут быть петлевыми или волновыми. То или иное конструктивное исполнение обмоток определяется типом и мощностью машины, номинальным напряжением и требованиями к их изоляции.Обмотки машин переменного тока можно разделить на всыпные из мягких катушек, обмотки из полужестких и жестких катушек и стержневые обмотки ста торов крупных машин и фазных ро торов асинхронных двигателей.В современных машинах перемен. трехфазного тока применяются преимущественно двухслойные обмотки. В двухслойных обмотках стороны катушек лежат в пазах в два слоя и каждая катушка одной стороной лежит в верхнем, а другой стороной — в нижнем слое. При этом все катушки имеют одинаковые размеры и форму. Широкое применение двухслойных обмоток объяс няется следующими их преимуществами: 1) возможностью укороче ния шага на любое число зубцовых делений, что выгодно с точки зрения подавления высших гармоник э. д. с. и н. с. обмоток и уменьшения расхода обмоточного провода; 2) одина ковыми размерами и формами всех катушек, что упрощает и облег чает изготовление обмоток; 3) относительно простой формой лобовых частей катушек, что также упрощает изготовление обмотки. Двухслойные обмотки переменного тока делятся на петлевые и волновые, которые в электромагнитном отношении равноценны. Преимущественно примен. петлевые обмотки.В подавляющем большинстве случаев примен. трехфазные обмотки с фазной зоной а=60 град. Обмотки могут иметь как целое, так и дробное число пазов на полюс и фазу q. В последнем случае обмотки наз-тся дробными. |
9. Роль машин переменного тока в генерировании и потреблении электрической энергии. Машины переменного тока делятся на синхр. и асинхр. коллекторные машины переменного тока и тр-ры. Асинхронные машины наибольшее распространение получили как двига тели. Это основной двигатель, приме няемый в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Только асинхрон ных двигателей единых серий мощно стью от 0,6 до 400 кВт в нашей стране ежегодно выпускается около 10 млн. Асинхронных микродвигателей мощно стью от 0,6 кВт изготовляется не сколько десятков миллионов в год. Электротехническая промышлен ность выпускает асинхронные двигате ли в большом диапазоне мощностей. Предельная мощность асинхронных двигателей — несколько десятков мега ватт. В индикаторных системах при меняются асинхронные двигатели мощ ностью от долей ватта до сотен ватт. Частота вращения двигателей общего назначения — от 3000 до 500 об/мин. В генераторном режиме асинхрон ные машины применяются редко. Для создания поля в зазоре асинхронной машины необходима реактивная мощ ность, которая забирается из сети или от других источников реактивной мощ ности. Асинхронные двигатели не мо гут работать с cosф= l. Это сущест венный недостаток асинхронных ма шин, ограничивающий их применение в генераторном режиме. Наиболее распространенным режи мом работы синхронных машин явля ется генераторный режим. Без преуве личения можно сказать, что почти вся электрическая энергия на Земле вы рабатывается синхронными машинам. Синхронные генераторы — самые мощные электрические машины, соз данные человеком. На тепловых и атомных электростанциях эксплуати руются турбогенераторы мощностью 1200 МВт'на 3000 об/мин и 1600 МВт на 1500 об/мин. В режиме двигателя синхронные машины используются в качестве при водных двигателей мощных насосов, вентиляторов, воздуходувок. Предель ная мощность синхронных двигателей достигает нескольких сотен мегаватт. Синхронные микродвигатели широ ко применяются в различных электро приводах. В больших количествах вы пускаются двигатели, в которых для создания поля возбуждения применя ются постоянные магниты. Синхрон ные двигатели мощностью в десятки киловатт выпускаются в небольших ко личествах из-за плохих пусковых свойств и склонности к качаниям.Одним из основных достоинств синхронных машин является то, что они могут быть источниками реактив ной мощности. Если асинхронные ма шины для создания поля потребляют из сети реактивную мощность, то син хронные машины в зависимости от степени возбуждения выдают в сеть или потребляют из сети реактивную мощность. Синхронные машины, работающие в режиме генераторов или потребите лей реактивной мощности, называются синхронными компенсаторами. Для по вышения динамической устойчивости энергосистем и повышения качества электроэнергии необходимо выпускать синхронные компенсаторы примерно в таком же количестве, что и синхрон ные генераторы. 10. Принцип работы и устройство асинхр.машин По конструкции АД различ. на 2 типа: с фазным ротором, с короткозамкнутым ротором. Конструкция статора у обоих Д одинаковая. Статор набир. из листов электротехнич. стали толщиной 0,35-0,5 мм в пазы которого укладывается 3-хфазная обмотка. Пазы по своей форме также могут быть трапецидальные, прямоугольные, овальные, бутылочные и т.д. Фазный ротор – его магнитопровод также набиарется из листов электротехнической стали. В пазы уклад-тся 3-хфазная обмотка как в статоре, 3 конца кот. соед. в звезду, а др. 3 конца выведены на кольца к кот. прижимаются неподвижные щетки, установленные на корпусе. К щеткам же присоедин. пусковое или регулировочное сопр-ие. обмотки ротора замкнуты, по ним протекает ток и если он читсо активный, то ток сонаправлен с эдс. на проводники с током наход. в магн. поле действует сила, направление кот. опред-ют правилом левой руки. в рез-те взаимод-ия токов ротора с потоком возникает вращающий электромагнитный момент М. Вращ. момент создается только активной составляющей тока ротора I2a=I2cosФ2. Цепь ротора всегда обладает опред. акт. сопр-ием и поэтому при пуске двигателя всегда 0<ф2< 90. В рез-те развиваемый момнт М>0, и если он больше статического тормозного момента на валу, то ротор двигателя придет во вращения в направлении вращения поля. Ротор вращается со скоростью меньшей, чем скорость поля статора, т.е. со скольжением S=n1-n/n1, где n1- скорость вращ. поля статора, n – скорость вращ. ротора. Эти скорости не могут сравниваться т.к. тогда не будут инд. эдс. Если ротор асинхр. машины с помощью внешней силы привести во вращение в направлении вращения поля со скоростью выше синхронной n>n1, то ротор будет обгонять поле и направления индуктир. в обмотке ротора токов изменяться на противоположные. При этом изменятся также и направления ЭМД F и электромагн. момента M. момент М при этом будет тормозящим, а машина будет работать в режиме генратора и отдавать акт. мощность в сеть. 11. Основные элементы конструкции и принцип действия машины пост. тока в режиме двигателя. Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехни ческой стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанной на рис простейшей машине имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматри ваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.Основной магнитный поток в нормальных машинах постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Рассм. прост. машина может работать как в режиме генератораи в режиме двигателя. Если к обмотки якоря подвести пост. ток от внешнего источника, на проводники обмотки якоря будут действовать электромагн. силы Fпр и возникать электромагн. момент Мэм. При достаточной величине Мэм якорь машины придет во вращение и будет развивать мех. мощность. Момент Мэм при этом явл. движущим и действует в направлении вращ. В режиме двигателя коллектор превращ. потребляемый из внешн цепи пост ток в переменный ток в обмотке якоря и работает т.о.в кач. мех. инвентора тока. Поводники обмотки якоря двигателя также вращ. в магн. поле, и поэтому в обмотке якоря двигателя инд. эдс Еа=2Вlv. Т.о. в двигательном режиме эдс направл. против тока Iа и приложенного к зажимам якоря напр-ия Uа 19. ЭДС проводника витка и катушки. При конструир-ии машин перемен. тока стремятся к тому, чтобы индуктир. в оббмотках эдс. были синусоидальными. если эдс индуктир. вращ. магн. полем , то для этого необходимо, чтобы распределение магн. индукции вдоль возд. зазора было тоже синусоидальным.Получение вполне синусоидального распределения магн. поля практически невозможно, однако для приближения к этой цели примен. различные меры конструктивного хар-ра. Эдс проводника Вращающ. со скоростью синусоидальное магн. поле индукт. в каждом проводнике витка эдс , амплитуда кот. и действующее значение Где - расчетная акт. длина машины, =Вт1- амплитуда индукции осн. гармоники поля в зазоре. ЭДС витка и катушки Эдс двух ативных сторон витка Е’пр и Е”пр имеют одинаковую величину, но сдвинуты по фазе на угол ,т.к. активные проводники витка сдвинуты в магн. поле на такой угол. эдс витка равна геометрич. разности эдс проводников: Eв= Е’пр- Е”пр, т.е -коэф-тн корочения шагаобмотки. Группа послед-но соед-ых витков, уложенная в одни и те же пазы и имеющая, помим изоляции отдельных витков, также общую пазовую изоляцию от стенок паза, наз-тся катушкой. Если катушка сожержит Wk витков, то эдс катушки Ek=WkEв, 20.ЭДС катушечной группы и фазы. Обычно для получения достаточ ного количества проводников и витков в фазе и сохранения в то же время приемлемых размеров пазов количество пазов в машине делают больше. При этом ряд (q) катушек, имеющих по одинаковому количеству витков wK и лежащих в соседних пазах, соединяют после довательно. Такую группу катушек, принад лежащих одной фазе, называют катушечной группой. называется коэффициентом распределения об мотки и характеризует уменьшение э. д. с. катушечной группы вследствие распределения ее витков qwK в q отдельных пазах. Т. о.Eq = qEKkp. Кр=sin a/2 / qsin a/2q. где Коб- оботочный коэф-нт, учитывает укорчение шага и распределение обмотки. ЭДС фазы. В многополюсной машине каждая фаза обмотки содержит ряд катушечных групп, лежащих под разными полюсами. В наиболее распространенном случае все группы содержат одинаковое количество катушек q, занимают поэтому одинаковые углы а и сдвинуты относительно друг друга на целое число полюсных делений. В этом случае э. д. с. всех кату- шечных групп равны по величине и сдвинуты по фазе на 360° или на 180° Такие катушечные группы можно соединить последова тельно таким образом, что э. д. с. групп будут складываться ариф метически. Возможно также их параллельное и смешанное соеди нение так, что э. д. с. всех параллельных ветвей будут одинаковы по величине и совпадут по фазе. Если в каждой ветви соединено по следовательно п катушечных групп, то действующее значение э. д. с. каждой ветви и фазы обмотки в целом будет E=nEq, , здесь предст. собой число последов-но соед-ых витков каждой параллельн. ветви и наз-тся числом витков фазы. 21. ЭДС обмотки от высших гармоник магн. поля. Коэф-нт укорочения для v-ой гармоники: , где v-рассматр. гармоника, - угол сдвига 2-х проводников витка относит-но основной гармоники. Сдвиг фаз эдс соседних катушек групп также будет в v раз больше, следовательно коэф-нт распределения:.Обмоточный коэ-нт для высшей гармоники kоб=kyv*khv. Для эдс фазы от высшей гармоники имеем выражение: .Здесь принято во внимание что полюсное деление v-ой гармоники в v раз меньше полюсного деления полюсного деления осн. гармоники. частота эдс от высшейгармоники поля зависит от скорости вращения этой гармоники. Если эдс. от различн. гармоник поляя имеют разную частоту, то дкействующее значение суммарной эдс |
вокруг фигуры рис. 20-8 обр. векторами Eк можно описать окр. радиусом R. Тогда Eq=2Rsin a/2, Ek=2Rsin y/2=2Rsin a/2q.
э. д. с. соседних катушек группы сдвинуты на угол y = 2np/Z соответственно сдвигу катушек от носительно друг друга в магнит ном поле. При этом вся группа из q катушек занимает по окружности якоря угол (элек трический)a = qy =2прq/Z называемый углом фазной зоны.
Э. д. с. катушечной группы Eq равна геометрической сумме э. д. с. отдельных катушек группы и меньше арифметической суммы э. д. с. этих катушек qEK. Отношение Kp=Eq/qEk.
на первичн. обмотку подается синусоид. напр-ие U1 по обмотке протекает ток i. МДС – F1=i1W1 созд. поток Ф1, в первичн. и во вторичн. обмотках индуцир. эдс, во вторичн. обмотке будет протекать ток i2
Кототкозамкнутый ротор- подобие беличьей клетки. В пазы ротора заливается алюминий, а концы соед-тся короткозамкн-ми кольцами. Принцип действия. Статор и ротор разделены возд. зазором 1-5 мм. магнитное поле 3-хфазной обмотки статора пересекае обмотку ротора и индуктир. в ней по з-ну эл-магн. индукции эдс, направление кот. опред-тся правилом правой руки.
Неподвиж ная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и круглого стального я р м а, к которому прикреп ляются полюсы. Назначением индуктора является создание в ма шине основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 простейшей машины имеет два полюса
Неподвиж ная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и круглого стального я р м а, к которому прикреп ляются полюсы. Назначением индуктора является создание в ма шине основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 простейшей машины имеет два полюса
как видно из рис. этот момент действует против направления вращения якоря и явл. тормозящим.
по конструкции ротора различ. явнополюсные СМ (гидрогенераторы, синх. двигатели и компесаторы) и неявнополюсн. СМ (турбогенератор)
отор выполняется из цельно мет. поковки из особо прочной стали, в кот. выфрезировываются пазы 1 и в них уклад-тся обмотка возб-ния. 2- малые зубцы, 3- большие зубцы. Вследствие того, что скорость ротора очень велика, то к нему предъявл. очень выс. требования по мех прочности.
1-якорь Д, 2-обмотка возб-ния, 3-якорь возбудителя, 4-обмотка возб. возбудителя, 5-реостат возб-ния, 6-разрядное сопр. 7,8 –контакты.
на данном рис. изображена простейшая обмотка статора, когда каждая фаза состоит из одного витка или двух проводников. (1-ая- А и Х, 2-ая –В и У, 3-я – С и Z).
э. д. с. соседних катушек группы сдвинуты на угол y = 2np/Z соответственно сдвигу катушек от носительно друг друга в магнит ном поле. При этом вся группа из q катушек занимает по окружности якоря угол (элек трический)a = qy =2прq/Z называемый углом фазной зоны.
Э. д. с. катушечной группы Eq равна геометрической сумме э. д. с. отдельных катушек группы и меньше арифметической суммы э. д. с. этих катушек qEK. Отношение Kp=Eq/qEk.
вокруг фигуры рис. 20-8 обр. векторами Eк можно описать окр. радиусом R. Тогда Eq=2Rsin a/2, Ek=2Rsin y/2=2Rsin a/2q.
На такие же углы сдвинуты соответствую щие гармоники э. д. с. этих фаз. Таким образом, э. д. с. гармоник v = 3 и кратных им (v = 9, 15, 21 и т. д.) в разных фазах обмотки совпадают по фазе и поэтому при соединении обмотки в звезду
Отметим, что соединения обмотки в треугольник стремятся избегать, так как появляющиеся при этом третьи гармоники
Такого же ре зультата можно достичь, если взять В = 6/5, однако удлинение шага невыгодно, так как в большинстве случаев это вызывает увели чение расхода обмоточного провода.Если желательно уничтожить 7-ю гармонику, то следует укоро тить шаг на 1/7 полюсного деления, т. е. взять В = 6/7 и т. д.
Наиболее сильными являются первые гармоники зубцового порядка для кот. k = 1. Э. д. с. одной из этих гармоник будет равна нулю, если взять