Электрические машины. Законы электромеханики

Классификация электрических машин

Основные законы лежащие в основе принципа
действия электрических машин

Общие элементы конструкции
электрических машин
Магнитопровод. Выполняется из листов электротехнической стали (шихтованный). Предназначен для прохождения магнитного потока. Есть как на неподвижной части так и на вращающейся части.
Набор из листов электротехнической стали (шихта) изолированных друг от друга уменьшает потери на вихревые токи.
2. Обмотки на неподвижной части и на вращающейся части. Выполняется как правило из медного провода. Предназначен для прохождения тока (следовательно для создания магнитного потока или для наведения в ней ЭДС электродвижущей силы).

Для чего предназначен электродвигатель:
для изменения параметров электрической энергии;
для выработки электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения;
Для преобразования электрической энергии в механическую;
для преобразования механической энергии в электрическую.
Почему магнитопровод выполняется из листов электротехнической стали
уменьшить потери на гистерезис;
увеличить магнитный поток;
уменьшить вес магнитопровода.
уменьшить потери на вихревые токи.
Электрическая машина работает при повышенной мощности, как это скажете на ее показателях.
снижаются энергетические показатели;
улучшаются условия охлаждения;
ничего не происходит.
повышается нагрев изоляции, сокращается срок службы.
Как определить направление электромагнитной силы, действующей на проводник с током в магнитном поле.
соответствует направлению перемещения проводника.
по правилу правой руки;
по правилу левой руки
по правилу буравчика.

Машины постоянного тока

Магнитопровод индуктора (статора). Предназначен
для прохождения основного (главного) магнитного потока.
2. Главный полюс. Предназначен для создания основного магнитного потока. Состоит из обмотки и магнитопровода.
3. Дополнительный полюс. Предназначен для компенсации реакции якоря и как следствия для улучшения коммутации. Состоит из обмотки и магнитопровода.
7. Магнитопровод якоря (ротора). Предназначен для прохождения основного (главного) магнитного потока
8. Обмотка якоря (ротора).
В двигательном режиме ток в обмотки якоря взаимодействует с основным магнитным потоком в следствии чего возникает вращающий момент.
В генераторном режиме в обмотки якоря наводится ЭДС.

Коллекторно-щеточный узел состоит из коллектора и щеток.
Коллектор состоит из пластин изолированных друг от друга и закреплён неподвижно на валу якоря (вращающейся части машины постоянного тока.
Щетки крепятся к станине и скользят по коллектору.
В двигательном режиме обеспечивают подвод напряжения к обмотки якоря.
В генераторном режиме обеспечивают снятия напряжения с обмотки якоря, так же выполняют роль механического выпрямителя.
Коллекторно-щеточный узел

Реакция якоря

Основные соотношения
Напряжение приложенное к якорю двигателя
ЭДС вращения
Момент развиваемый двигателем
Угловая частота вращения якоря двигателя

Механическая характеристика двигателя
постоянного тока
Независимого возбуждения
Последовательного возбуждения

Способы регулирования скорости
двигателя постоянного тока независимого возбуждения
Изменение напряжения на обмотки якоря.
Изменением сопротивления якорной цепи.
Изменением тока в обмотки возбуждения (основного магнитного потока).

Способы регулирования скорости
двигателя постоянного тока последовательного возбуждения
Уменьшение напряжения
Ослаблением магнитного потока

Основной магнитный поток создается следующей обмоткой.
обмотка добавочных полюсов;
обмотка якоря;
компенсационная обмотка;
обмотка возбуждения.
ЭДС индуцируется в следующей обмотки.
в обмотке добавочных полюсов;
в обмотке возбуждения;
в обмотки якоря;
в компенсационной обмотке.
Реакция якоря это.
воздействия поля якоря на ток якоря;
воздействие поля возбуждения на поле якоря;
воздействия поля якоря на поле возбуждения;
воздействие поля добавочных полюсов на поле якоря;
Влияние реакция якоря на работу машины постоянного тока
снижает поток возбуждения;
уменьшает результирующий магнитный поток;
увеличивает магнитный поток якоря;
5. повышает величину электродвижущей силы в обмотке якоря.

ЭДС индуцируется в следующей обмотки машины постоянного тока.
в обмотке добавочных полюсов;
в обмотке возбуждения;
в обмотке якоря;
в компенсационной обмотке.
Какая обмотка присоединена к коллектору.
компенсационная обмотка;
обмотка добавочных полюсов;
обмотка возбуждения;
обмотка якоря.
Выберите уравнение для определение магнитодвижущей силы обмотки
F = U I;
F=IW;
F = W U;
4. F = R I2.
Как включена компенсационная обмотка машины постоянного тока.
параллельно обмотки возбуждения;
Последовательно с обмоткой якоря;
параллельно обмотки якоря;
последовательно с обмоткой возбуждения.

Схема включения обмотки возбуждения в генераторе параллельного возбуждения.
последовательно с обмоткой якоря;
Параллельно обмотки якоря и нагрузки;
параллельно обмотки якоря и последовательно с нагрузкой;
параллельно нагрузке и последовательно с обмоткой якоря.
Ток в двигателе с параллельным возбуждением вычисляется по следующему выражению.
I = Iа - Iв;
I = Iа + Iв;
I = Iа;
I = Iа - 2Iв.
Почему режим холостого хода невозможен в двигателях последовательного возбуждения.
из-за большого тока в цепи якоря;
из-за большого вращающего момента;
из-за большого магнитного потока обмотки возбуждения;
из-за слабого магнитного потока обмотки возбуждения.
Выбрать характеристику соответствующею реостатному способу регулирования. Выделена естественная характеристика.

Минимальный набор контрольных вопросов
Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения;
Для чего предназначена обмотка возбуждения;
Для чего предназначен добавочный полюс и как он подключен к якорной цепи;
Для чего предназначена компенсационная обмотка и как она подключена к якорной цепи;
Основные элементы конструкции коллекторно-щеточного узла и их назначение;
Что такое реакция якоря машины постоянного тока.
Способы борьбы с реакцией якоря.
Дать определение внешней характеристики генератора постоянного тока;
Дать определение механической характеристики двигателя постоянного тока;
Уравнение для определения напряжении на якоре генератора постоянного тока;
Уравнение для определения напряжения на якоре двигателя постоянного тока;
Уравнение для определения тока якоря двигателя постоянного тока;
Способы пуска двигателя постоянного тока;
Уравнение для определения угловой частоты вращения якоря двигателя постоянного тока;
способы регулирования угловой частоты вращения якоря двигателя постоянного тока;
Уравнение для определения вращающегося момента на валу двигателя;
Что такое коэффициент полезного действия;
Номинальные данные машины постоянного тока;
Электромеханическая характеристика двигателя последовательного возбуждения;
Каким образом возможно изменить направление вращения якоря двигателя постоянного тока;
Тормозные ежимы работы двигателя постоянного тока;
Что такое жесткость электромеханической характеристики и от чего она зависит.

Трансформаторы
Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
В основе принципа действия трансформатора лежит закон электромагнитной индукции.

Устройство однофазного двухобмоточного трансформатора
1 – магнитопровод трансформатора.
2, 3 – первичная и вторичная обмотки трансформатора.

Элементы конструкции масляного трансформатора

Принцип действия трансформатора основные уравнения
Действующее значение ЭДС первичной и вторичной обмоток
Уравнение электрического равновесия и коэффициент трансформации

Схема замещения трансформатора и характеристики трансформатора
Активное сопротивление первичной обмотки по постоянному току и активное сопротивление вторичной обмотки приведённое к первичной
Индуктивное сопротивление первичной обмотки и индуктивное сопротивление вторичной обмотки приведённое ко вторичной
Активное и индуктивное сопротивления цепи намагничивания

Опыт холостого хода трансформатора
Опыт холостого хода трансформатора проводится при разомкнутой вторичной обмотки и при номинальном напряжении на первичной обмотки.
Током холостого хода называется ток первичной обмотки при разомкнутой вторичной при номинальном напряжении на первичной обмотки, в паспортных данных указывается в процентах от номинального тока первичной обмотки.
Из опыта холостого хода определяется ток холостого хода, коэффициент трансформации, потери в магнитопроводе трансформатора(магнитные потери).

Опыт короткого замыкания трансформатора
Опыт короткого замыкания трансформатора проводится при замкнутой накоротко вторичной обмотки и при пониженном напряжении на первичной обмотки.
Напряжением короткого замыкания называется напряжение на первичной обмотки при замкнутой накоротко вторичной обмотки когда по обмоткам протекают номинальные токи, в паспортных данных указывается в процентах от номинального напряжения первичной обмотки.
Из короткого замыкания определяютяся напряжение короткого замыкания и электрические потери в первичной и вторичных обмотках.

Функции выполняемые первичной обмоткой трансформатора
повышения напряжения;
создания магнитного потока;
усиления магнитной связи между обмотками;
подключения нагрузки.
Число витков обмотки W1 для трансформатора если U1=40 B, U2=80 B, W2=100 витков.
200 витков;
50 витков;
300 витков;
4 витка.
Как изменяется основной магнитный поток трансформатора переходе от режима холостого хода к номинальному режиму:
увеличивается;
остается неизменным;
уменьшается;
другой вариант.
Из опыта холостого хода в трансформаторе определяются следующие потери.
электрические потери в первичной обмотке;
Потери магнитные;
механические потери;
общие электрические потери.

В режиме холостого хода трансформатора:
ток в первичной обмотке равен нулю;
ток во вторичной обмотке равен нулю;
напряжение в первичной обмотке максимально;
напряжение в первичной обмотке равно нулю.
Из опыта короткого замыкания трансформатора определяются следующие потери.
потери магнитные;
общие электрические потери в обмотках трансформатора;
электрические потери в первичной обмотке;
механические потери;
Внешняя характеристика трансформатора при активной нагрузке, выбрать ответ.
1;
3;
2;
все три.
Как проявляют себя электрические потери в трансформаторе.
создание потоков рассеяния;
нагрев катушек трансформатора;
нагрев магнитопровода;
4. повышение эффективности работы.

Минимальный набор контрольных вопросов
Основные элементы конструкции силового трансформатора;
Какую функцию выполняет магнитопровод в трансформаторе;
Назначение первичной обмотки силового трансформатора;
Номинальные (паспортные) данные трансформатора;
Внешняя характеристика трансформатора;
Как зависит внешняя характеристика трансформатора от характера нагрузки;
Уравнение электрического равновесия трансформатора;
Зависимость кпд трансформатора от нагрузки и её характера;
Что такое коэффициент трансформации трансформатора;
Виды потерь в трансформаторе;
Опыт холостого хода трансформатора;
Какие потери определяются из опыта холостого хода;
Что такое ток холостого хода трансформатора;
Опыт короткого замыкания;
Какие потери определяются из опыта короткого замыкания;
Что такое напряжение короткого замыкания;
Какие потери определяются из опыта короткого замыкания трансформатора;
При каких условиях значения кпд трансформатора становиться максимальным;
Параллельная работа трансформаторов;
Группы соединения обмоток трансформатора;
Сколько груп соединения трехфазных трансформаторов существует.

Асинхронная машина с к.з.р.

Асинхронная машина с ф.з.р.

Образование вращающегося магнитного поля

Принцип действия АД с к.з.р.
Момент развиваемый АД
где
параметры схемы замещения

Схемы замещения и электромеханическая характеристика АД
Т – образная схема замещения
Г – образная схема замещения

Прямой пуск асинхронного двигателя это.
непосредственное подключение обмотки статора к сети;
включении в цепь ротора сопротивлений;
подключение обмотки статора через реактор;
включение на минимальное напряжение.
Пуска асинхронного двигателя при пониженном напряжении имеет следующие недостатки
большое значение пускового тока;
снижение максимального и пускового моментов;
малое время пуска;
другой недостаток.
При частотном регулировании скорости асинхронного двигателя изменяются следующие величины
частота и ток;
частота и момент на валу;
частота;
частота и напряжение.
Как изменить направление вращения асинхронного двигателя
изменить направления тока в обмотке статора;
изменить направления питающего напряжения;
изменить направления вращения магнитного поля;
4. изменить направления скольжения.

Синхронная частота вращения магнитного поля статора у асинхронного двигателя с р = 3 при f = 50 Гц?
1000 об/мин;
1750 об/мин;
3000 об/мин;
1500 об/мин.
Частота вращения магнитного поля статора асинхронного двигателя равна
n1=60 /p;
n1=60 f1 /p;
n1=30 f1 /p;
n1= f1 /p.
Скольжение определяется по уравнению
s = n1 – n;
s = (n1 – n) / n1;
s = (n – n1) / n1;
s = (n1 – n) / n;
Пуск при пониженном напряжении путем переключения схемы обмотки статора
переключением с пускового Δ на рабочую Y;
подключение обмотки статора через реактор;
переключением с пусковой Y на на рабочий Δ;

Минимальный набор контрольных вопросов
Основные элементы конструкции асинхронной машины;
Что такое скольжение;
Номинальные данные асинхронной машины;
Электромеханическая характеристика асинхронной машины;
Область изменения скорости и скольжение в генераторном режиме работы асинхронной машины;
По какому выражению определяется синхронная частота вращения;
Способы пуска асинхронного двигателя;
Особенности прямого пуска асинхронного двигателя;
Особенности пуска при пониженном напряжении;
Реостатный способ пуска двигателя с фазным ротором;
Способы регулирования угловой частоты вращения ротора асинхронного двигателя.
изменение частоты вращения при регулировании скорости асинхронного двигателя включением реостата в цепь ротора;
как изменить направление вращения ротора асинхронного двигателя;
Величина кратности пускового тока при прямом пуске асинхронной машины;

Синхронные машины
Синхронные машины используются как правило в генераторном режиме работы.
Обмотка возбуждения находится на вращающейся части синхронной машины, называется индуктор. Индуктор подключен к источнику постоянного напряжения через два контактах кольца и щетки неподвижно закрепленные на станине.
Неподвижная часть синхронной машины называется якорем. В генераторном режиме с якоря синхронной машины снимается трехфазное переменное напряжение. В двигательном режиме к якорю синхронной машины подводиться трехфазное переменное напряжение.

Конструкция турбогенератора

f1=pn2/60 – частота напряжения индуцируемого в обмотках статора.
1. ротор машины, работающей как в двигательном, так и в генераторном режимах, вращается с постоянной частотой, равной частоте вращающегося магнитного поля, т.е. n2 = n1;
2. частота изменения э. д. с. Е, индуктируемой в обмотке якоря, пропорциональна частоте вращения ротора;
3. в обмотке ротора э. д. с. не индуктируется, а ее м. д. с. определяется только током возбуждения и не зависит от режима работы.

Внешняя характеристика синхронного генератора
1 – активная нагрузка;
2 – активно-индуктивная нагрузка;
3 – активно – ёмкостная нагрузка.

U – образная характеристика синхронной машины