Общие сведения об электрических машинах

Электрическая машина – это электромеханический преобразователь энергии. Электрические машины широко применяются в электрических установках в качестве генераторов и двигателей, в автоматике в качестве двигателей на электрическом транспорте, электромагнитных усилителях (ЭМУ) и т. п. Пройдя множество этапов развития, они постоянно совершенствуясь достигли серийного производства.

Электрические машины можно классифицировать по ряду признаков:

1. по роду тока:

- постоянного тока (электрические машины постоянного тока)

- переменного тока (электрические машины переменного тока)

- синхронные и асинхронные машины

2. по мощности:

- микромашины Р £ 500Вт

- машины малой мощности Р = (0,5 - 10) кВт

- машины средней мощности Р = (10 - 100) кВт

- машины большой мощности Р > 100 кВт

3. по режиму работы:

- режим двигателя (преобразование электрической энергии в механическую);

- режим генератора (преобразование механической энергии в электрическую);

- режим электромагнитного тормоза (преобразование избытка механической энергии двигателя в электрическую энергию).

ЭДС в рабочих обмотках.

Зависимость ЭДС проводника от магнитной индукции рабочего поля

в воздушном зазоре

,

(1.1)

где е – ЭДС проводника,

V_отн – линейная скорость относительного движения проводников,

l – активные части проводников статора,

Вб – магнитная индукция в воздушном зазоре над проводником.

ЭДС в проводнике изменяется во времени по тому же закону, что и магнитная индукция рабочего поля в том же месте, где находится «вынесенный» проводник.

Зависимость ЭДС катушки от потока полюса рабочего поля.

,

(1.2)

где Е_К – ЭДС катушки,

w - частота ЭДС.

;

Y _m – амплитуда токосцепления,

w_К – число витков катушки,

Ф_п – магнитный поток полюса магнитного поля возбуждения,

р – число пар полюсов,

W _отн – угловая скорость ротора.

Электромагнитный момент.

В электрических машинах электромагнитный момент создается за счет действия магнитного поля возбуждения на микротоки, проходящие по поверхности пазов с рабочими токами.

Электромагнитный момент, действующий на ротор (диаметром D) или статор машины, равен алгебраической сумме моментов сил, которые приложены к N проводникам их обмоток.

,

(1.3)

Преобразование энергии.

Если уравнение баланса мощности электрической цепи

,

(1.4)

где - электрическая мощность источника;

- потери электрической мощности на теплоту;

- электромагнитная мощность, то электромагнитная мощность равна механической мощности, развиваемой двигателем

,

(1.5)

Следовательно, в двигателе электромагнитная мощность характеризует скорость преобразования электрической энергии в механическую.

Если уравнение баланса мощности

,

(1.6)

где - механическая мощность первичного двигателя;

- мощность потерь энергии в контуре на теплоту;

- электрическая мощность, выделяющаяся в приемнике энергия, то механическая мощность первичного двигателя равна электромагнитной мощности

.

(1.7)

В генераторе электромагнитная мощность характеризует скорость преобразования механической энергии в электрическую.

Бегущее и вращающее магнитные поля.

Рассмотрим вращающееся магнитное поле двухфазной обмотки. В качестве примера воспользуемся полем простейшей двухфазной обмотки, содержащей в каждой фазе по две одинаковые катушки (рис. 1.1, а). Катушки первой и второй фаз смещены в пространстве на половину полюсного деления t (ширины катушки), т. е. на . Токи в фазах обмотки имеют сдвиг на угол (рис. 1.1, б).

Рис. 1.1 Развертка двухфазной обмотки статора (а) и

кривые мгновенных токов в фазах обмотки (б)

Амплитуды токов одинаковы. Стоячие волны магнитной индукции эти фаз описываются уравнениями:

,	(1.8)
.

Разложив обе стоячие волны на бегущие в прямом и обратном направлении, получим:

,	(1.9)
.

Накладываясь, обратные волны компенсируют друг друга, так как они находятся в противофазе. Прямые волны совпадают по фазе и воздушном зазоре остается только одна результирующая волна, бегущая в одном направлении

.

(1.10)

Изменение направления вращения магнитного поля производят путем изменения фазы тока i₂ (или i₁) на 180⁰, т. е. переключением выводов одной фазы обмотки на зажимах источника питания. В уравнении (1.8) для магнитной индукции B₂(t,x) соответственно изменится знак аргумента

.

Это приводит к другому фазовому смещению прямых и обратных волн:

,
.

Теперь компенсируются прямые волны так, что

.

(1.11)

Результирующее поле будет вращаться в обратную сторону со скоростью .

Таким образом, двухфазной обмоткой можно создать одну результирующую волну магнитной индукции при условии:

1) смещение катушек одной фазы относительно катушек другой фазы на расстоянии ;

2) временного сдвига по фазе обмотки на угол ;

3) равенства действующих фазных М.Д.С.

Первыми электрическими машинами были машины постоянного тока.

Дата добавления: 2014-01-04