Основные термины и определения в области электрических машин.
История открытия электромеханического способа преобразования энергии.
Электромеханика — часть электротехники, занимающаяся электромеханическим преобразованием энергии. Устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую и обратно, называются электромеханическими преобразователями (ЭП) или электрическими машинами.
Несколько ЭП, работающих в генераторном или двигательном режимах, линии электропередачи и различные функциональные аппараты образуют электромеханическую систему.
Большинство ЭП работает в объединенных энергетических системах. Мощность объединенной системы России достигает 160 млн. кВт.
XX в. по праву можно считать веком электричества. Практически вся электрическая энергия на Земле вырабатывается электрическими машинами, а затем две трети ее снова преобразуется в механическую энергию электрическими двигателями. Можно считать, что электрические машины совершили техническую революцию. Теория электромеханики на всех этапах была неразрывно связана с практическим электромашиностроением. Эта связь обеспечила прогресс во всех областях техники, изменив условия существования человека за время жизни одного поколения.
Среди выдающихся достижений ученых XIX в. А. Ампера, Г. Ома, Д. Джоуля, Э. Ленца и др. особое место занимают работы Д. Максвелла, обобщающие достижения в электродинамике и изложенные в «Трактате об электричестве и магнетизме» (1873 г.). Д. Максвелл разработал теорию электромагнитного поля и написал уравнения, составляющие теоретическую основу электромеханики.
|
|
|
Первой публикацией по проектированию электрических машин можно считать работу Э. Арнольда по теории и конструированию обмоток электрических машин, вышедшую в 1891 г.
В середине 90-х годов прошлого века М.О. Доливо-Добровольский, Г. Каппа и др. создали основу теории и методики проектирования трансформаторов.
В 1894 г. А. Гейланд теоретически обосновал круговую диаграмму асинхронной машины.
К. А. Круг в 1907 г. дал точное описание круговой диаграммы.
К концу 20-х годов XX в. вышли фундаментальные книги Э. Арнольда, Р. Рихтера, К.И. Шенфера по теории и проектированию машин постоянного и переменного тока. К 30-м годам в трудах Э. Арнольда, А. Блонделя, М. Видмара, Л. Дрейфуса, М.П. Костенко, К.А. Круга, В.А. Толвинского и других ученых была достаточно глубоко разработана теория установившихся режимов электрических машин.
2. Классификация индуктивных электромеханических преобразователей энергии.
Классификация электромеханических преобразователей
В индуктивных ЭП электромеханическое преобразование энергии происходит за счёт изменения индуктивности (потокосцеплений)обмоток, а в ёмкостных –за счёт изменения ёмкости.Индуктивно-ёмкостные электромеханические преобразователивпростешем случае представляют собой объединение в одну электромеханическую системудвижущихся частей и электрических цепей индуктивной и ёмкостной машин.
|
|
|
В индуктивных ЭП энергия концентрируется в магнитном поле, а в емкостных — в электрическом поле. В индуктивно-емкостных машинах преобразование энергии происходит в магнитном и электрическом полях.
Хотя ЭП с электрическим рабочим полем появились раньше индуктивных, они как силовые ЭП не нашли промышленного применения. Сделаны пока лишь робкие попытки создания индуктивно-емкостных ЭП при использовании магнитострикционного и пьезоэлектрического эффектов.
Дальше рассматриваем только индуктивные электрические машины, которые получили господствующее положение во всех сферах жизни современного общества.
Все разновидности индуктивных электрических машин по роду питания можно разделить на машины переменного и постоянного тока.
Машины переменного тока делятся на синхронные и асинхронные (несинхронные), коллекторные машины переменного тока и трансформаторы.
|
|
|
В синхронных машинах угловая скорость ротора 
и угловая скорость магнитного поля 
равны друг другу.
В асинхронных машинах угловая скорость ротора не равна угловой скорости поля: 
. При может быть меньше или больше угловой скорости поля. Направления вращения ротора и поля статора могут быть противоположными.
Коллекторные машины переменного тока отличаются от асинхронных и синхронных машин тем, что имеют механический преобразователь частоты и числа фаз -— коллектор, который соединен с обмоткой статора или ротора.
Трансформаторы –электромагнитные преобразователи энергии. В них не происходит преобразования электрической энергии в механическую и обратно а имеет место преобразование электрической энергии одного вида в другой. Трансформаторы выполняются таким образом, что обмотки не могут перемещаться относительно друг друга.
По режиму работы электрические машины делятся на генераторы и двигатели.
В генераторах механическая энергия, подводимая к валу машины,преобразуется в электрическую энергию.В двигателях электрическая энергия преобразуется в механическую энергию.
Одна и та же электрическая машина может работать и двигателем, и генератором. Однако у генераторов и двигателей обычно имеются конструктивные отличия и на заводском щите машины указывается режим работы.
|
|
|
Синхронные машины могут работать в режиме потребления или отдачи в сеть реактивной мощности. Такие машины называются синхронными компенсаторами.Электрические машины, как правило; выполняются с одной вращающейся частью -—ротором и неподвижной частью — статором. Когда вращается только ротор, машина имеет одну степень свободы. Такие машины называются одномерными.
Основные термины и определения в области электрических машин.
Термины и определения.
Большое разнообразие типов и конструкций электрических машин и потребность в объективной оценке и сравнении их данных привели к необходимости стандартизации основных понятий в области характеристик, расчетных параметров и режимов работы машин. Термины и определения этих величин установлены несколькими ГОСТ и являются обязательными для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, технической и справочной литературе. Стандарты содержат более 200 терминов и определений. В настоящем параграфе приводятся основные из них, относящиеся ко всем или ко многим типам вращающихся электрических машин независимо от их назначения и конструктивного исполнения.
Асинхронный электродвигатель
Асинхронный электродвигатель – электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трёхфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля.
Синхронный электродвигатель
Синхронной называется электрическая машина, скорость вращения n (об/мин) которой связана постоянным отношением с частотой n = 60 * f / p (где р — число пар полюсов машины) сети переменного тока, в которую эта машина включена. Синхронный машины служат генераторами переменного тока; синхронные электродвигателя применяются во всех тех случаях, когда нужен двигатель, работающий при постоянной скорости; для получения регулируемого реактивного тока устанавливают синхронные компенсаторы.
Электродвигатель постоянного тока
Хотя система сjdременного электроснабжения основана на применении переменного тока, тем не менее машины постоянного тока находят широкое использование в самых различных отраслях промышленности и в быту.
Номинальными данными электрической машины называют данные, характеризующие ее работу в режиме, для которого она предназначена заводом-изготовителем. К номинальным данным относятся мощность, напряжение, ток, частота, КПД, коэффициент мощности, частота вращения и ряд других данных в зависимости от типа и назначения машины.
Номинальные данные характеризуют работу машины, установленной на высоте до 1000 м над уровнем моря, при температуре окружающей среды 40 °С и охлаждающей воды 30 °С, если в стандартах или технических условиях на данный конкретный тип машины не установлена другая температура охлаждающих сред. Если машина работает в условиях, отличающихся от указанных, ее номинальные данные должны быть изменены так, чтобы нагрев машины соответствовал требованиям ГОСТ 183-74.
Режим работы электрической машины — установленный порядок чередования и продолжительности нагрузки, холостого хода, торможения, пуска и реверса машины во время ее работы. Номинальным режимом работы называется режим, для работы в котором электрическая машина предназначена заводом-изготовителем.
Номинальная мощность — мощность, для работы с которой в номинальном режиме машина предназначена заводом-изготовителем. Для различных типов машин номинальной мощностью является:
для генераторов переменного тока — полная электрическая мощность на выводах при номинальном коэффициенте мощности, ВА;
для генераторов постоянного тока — электрическая мощность на выводах машины, Вт;
для двигателей переменного и постоянного тока — механическая мощность на валу, Вт;
для синхронных и асинхронных компенсаторов — реактивная мощность на выводах компенсатора, вар.
Номинальное напряжение — напряжение, на которое машина рассчитана заводом-изготовителем для работы в номинальном режиме с номинальной мощностью. Номинальным напряжением трехфазных машин называют линейное напряжение, т. е. напряжение между фазами подключенной к машине сети. Номинальным напряжением ротора асинхронного двигателя с трехфазной обмоткой называют напряжение на выводах разомкнутой обмотки ротора (напряжение на контактных кольцах) при неподвижном роторе и включенной на номинальное напряжение обмотке статора. Номинальным напряжением двухфазной обмотки ротора называют наибольшее из напряжений между контактными кольцами. Номинальным напряжением возбудительной системы машины с независимым возбуждением называют номинальное напряжение того независимого источника, от которого получается возбуждение.
Номинальный ток — ток, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении.
Номинальное напряжение возбуждения — напряжение на выводах (или контактных кольцах) обмотки возбуждения с учетом падения напряжения под щетками при питании ее номинальным током возбуждения, когда активное сопротивление приведено к расчетной рабочей температуре, при работе машины в номинальном режиме с номинальными мощностью, напряжением и частотой вращения.
Номинальный ток возбуждения — ток возбуждения, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении.
Номинальная частота вращения — частота вращения, соответствующая работе машины при номинальных напряжении, мощности и частоте тока и номинальных условиях применения.
Номинальные условия применения — условия, установленные в стандарте или технических условиях на данный конкретный тип машины, при которых эта машина должна иметь номинальную частоту вращения.
Коэффициент полезного действия — отношение полезной (отдаваемой) мощности к затрачиваемой (подводимой); для генераторов — отношение активной электрической мощности, отдаваемой в сеть, к затрачиваемой механической мощности; для двигателей — отношение полезной механической мощности на валу к активной подводимой электрической мощности. Номинальным КПД называют указанное отношение мощностей при работе машины с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения.
Коэффициент мощности машин переменного тока:
для генераторов — отношение отдаваемой активной электрической мощности, Вт, к полной отдаваемой электрической мощности, В-А;
для двигателей — отношение активной потребляемой электрической мощности, Вт, к полной потребляемой электрической мощности, В А.
Номинальным коэффициентом мощности электрической машины называют указанное отношение мощностей при работе машины в номинальном режиме, с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения.
Помимо перечисленных определений номинальных данных стандартами установлены основные определения, относящиеся к условиям работы машины и ее характеристикам.
Нагрузка — мощность, которую развивает электрическая машина в данный момент времени. Нагрузка может быть выражена в единицах активной или полной мощности (Вт, или В • А) либо в долях номинальной мощности. Она также выражается током, потребляемым или отдаваемым электрической машиной, А, либо в процентах или долях номинального тока.
Номинальная нагрузка — нагрузка, равная номинальной мощности машины.
Практически неизменная нагрузка — нагрузка, при которой отклонение тока и напряжения якоря и мощности машины от значений, соответствующих заданному режиму, составляет не более 3%, тока возбуждения и частоты — не более 1 %.
Практически симметричная трехфазная система напряжений — трехфазная система напряжений, в которой напряжение обратной последовательности не превышает 1 % напряжения прямой последовательности при разложении данной трехфазной системы на системы прямой и обратной последовательностей.
Практически симметричная система токов — трехфазная система, для которой ток обратной последовательности не превышает 5% тока прямой последовательности.
Начальный пусковой ток электродвигателя — установившийся ток в обмотке электродвигателя при неподвижном роторе, номинальном подведенном напряжении и номинальной частоте, при соединении обмоток машины, соответствующем номинальным условиям работы двигателя.
Начальный пусковой момент электродвигателя — вращающий момент электродвигателя, развиваемый при неподвижном роторе, установившемся токе, номинальном подведенном напряжении, номинальной частоте и соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы двигателя.
Максимальный вращающий момент электродвигателя переменного тока — наибольший момент вращения, развиваемый двигателем в установившемся режиме при номинальных напряжении и частоте, при соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы, и (для синхронных двигателей) при номинальном токе возбуждения.
Минимальный вращающий момент асинхронного двигателя — наименьший вращающий момент, развиваемый асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором в процессе разгона от неподвижного состояния до частоты вращения, соответствующей максимальному моменту при номинальных напряжении и частоте, при соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы двигателя или пусковому режиму (для однофазных двигателей с пусковой обмоткой).
Критическое скольжение асинхронной машины — скольжение, при котором асинхронная машина развивает максимальный вращающий момент.
Номинальное изменение напряжения электрических генераторов — изменение напряжения на выводах генератора, работающего на автономную сеть с неизменной и равной номинальной частотой вращения при изменении его нагрузки от номинальной до холостого хода. Для генераторов с независимым возбуждением, кроме того, — при сохранении номинального тока возбуждения, а для генераторов с самовозбуждением - при неизменном сопротивлении всей цепи обмотки возбуждения. Номинальное изменение напряжения выражают в процентах или в долях номинального напряжения генератора.
Номинальное изменение частоты вращения электродвигателя — изменение частоты вращения двигателя, работающего при номинальном напряжении на его выводах и номинальной частоте тока, при изменении нагрузки от номинальной до нулевой, а для двигателей, не допускающих нулевой нагрузки,— от номинальной до 1/ 4 номинальной. Номинальное изменение частоты вращения выражают в процентах или в долях номинальной частоты вращения.';
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1373; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!