Файл: Лекции для курсов Электрические машины и аппараты.docx

Лекции для курсов

«Электрические машины и аппараты»


2020

Лекция 1

Общие сведения об электрических машинах

1. 
   Общие сведения об ЭМ
   
2. 
   Классификация ЭМ
   
3. 
   Материалы, применяемые для электрических машин
   

Общие сведения об ЭМ

Общие определения и принципы работы электромашин.

Действие электрических машин основано на использо­вании явления электромагнитной индукции.

Электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую, называется генератором.

Электрическая машина, предназначенная для преобразования элек­трической энергии в механическую, называется электродвигателем.

Электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в электри­ческую энергию другого рода тока, другого напряжения, другой частоты называется электромеханическим преобразователем.

Любая электрическая машина может быть использована как в ка­честве генератора, так и в качестве двигателя. Свойство электри­ческих машин изменять направление преобразуемой энергии назы­вают обратимостью.

Если в магнитном поле полюсов постоянных магнитов или элек­тромагнитов (рис. 1.1) N и S поместить проводник и под действи­ем какой-либо силы F₁перемещать его, то в нем возникнет э. д. c.


Где: В—магнитная индукция в месте нахождения проводника;

l— активная 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 рассматриваемом случае α = р/2, т. е. sin α = 1).

Рис.1.1. Принцип действия электрической машины
Направление э. д. с., индуктируемой в проводнике, определяется согласно правилу правой руки .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:


направление которой определяется по правилу левой руки.

Эта сила направлена встречно силе F₁и при F_эм=F₁ проводник перемещается с постоянной скоростью. Таким образом, механическая энергия, затрачиваемая на перемещение проводника, преобразуется в электрическую, отдаваемую сопротивлению внешнего приемника электрической, энергии, т. е. машина будет работать в режиме генератора.

Если от постороннего источника электри­ческой энергии через проводник пропустить ток, то в результате взаимодействия тока в проводнике и магнитного поля полюсов со­здается электромагнитная сила F_эмпод действием которой проводник начнет перемещаться в магнитном поле, преодолевая силу торможения какого-либо механического прием­ника энергии, т. е. машина будет работать как двигатель.

Таким образом, в силу общности законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил любая электрическая машина может рабо­тать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Общие сведения о синхронных машинах

В синхронных маши­нах процесс преобразования энергии происходит при синхронной скорости, т. е. при частоте вращения ротора, равной частоте враще­ния магнитного поля.

Синхронные машины широко применяют в качестве генераторов, и вся вырабатываемая электрическая энер­гия производится генераторами этого типа.

Применение синхрон­ных двигателей ограничивается относительно небольшим кругом специальных назначений (постоянство частоты, повышение cosц и др.).
Общие сведения об асинхронных машинах

В асинхронных машинах процесс преобразования энергии происходит при несинхронной (асинхронной) частоте, т. е. при частоте вращения ротора, не равной частоте вращения магнитного поля.

---

В силу ряда существенных достоинств асинхронные машины, применяемые в качестве двигателей, являются наиболее распространенным типом электрических машин.
Общие сведения о коллекторных машинах

Кроме синхронных и асинхронных машин переменного тока применяют коллекторные машины, используемые в качестве двигателей переменного тока и допускающие экономичное регулирование скорости в широких пределах, у которых регулировочные характеристики близки к характеристикам двигателей постоянного тока.

Электрические машины, применяемые для преобразования электрической энергии в электрическую энергию другого рода тока (другого напряжения, числа фаз, частоты), называют преобразователями.

Электрические машины, используемые в качестве регуляторов и усилителей электромеханических сигналов, называют соответственно электромашинными регуляторами и усилителями.

---

Классификация ЭМ

Электрические машины подразделяют на машины постоянного и переменного тока. В машинах переменного тока возникает вра­щающееся магнитное поле, частота вращения которого зависит от частоты тока сети.

Любая электрическая машина состоит из двух основных час­тей:

• 
  неподвижной — статора,
  
• 
  вращающейся — ротора.
  

Машины переменного тока можно подразделять на:

• 
  однофазные
  
• 
  многофазные (обычно трехфазные),
  

в зависимости от принци­па действия на:

• 
  синхронные
  
• 
  асинхронные.
  

Материалы, применяемые для электрических машин

и трансформаторов
При изготовлении электрических машин и трансформаторов ис­пользуют материалы, которые можно подразделить на:

• 
  активные,
  
• 
  изоляционные
  
• 
  конструкционные.
  

Активные материалы, применяемые для электрических машин

и трансформаторов

Такими материалами являются магнит­ные и проводниковые (токопроводящие) материалы, обеспечивающие нор­мальное протекание электромагнитных процессов при работе элек­трических машин и трансформаторов.

К проводниковым материа­ламотносят прежде всего медь, обладающую малым удельным сопротивлением. Из меди изготовляют контактные кольца и кол­лекторные пластины.

Наряду с медью применяют алюминий, а в некоторых случаях сплавы латуни и бронзы. Из меди и алюминия изготовляют провода круглого и прямоугольного сечений для об­моток электрических машин и трансформаторов.

В качестве магнитных материалов для сердечников электриче­ских машин и трансформаторов применяют электротехнические стали различных марок .

Потери в стали магнитопровода складываются из потерь на вихревые токи и гистерезис (перемагничиваиие стали).

Для умень­шения потерь на вихревые токи магнитопроводы трансформаторов и электрических машин изготавливают из отдельных пластин, изо­лированных друг от друга. Изоляционные прослойки, оказывая вихревым токам чрезвычайно большое сопротивление, ограничивают сферу действия токов небольшими участками и тем самым значительно уменьшают потери электрической энер­гии.

---

Изоляционные материалы, применяемые для электрических машин

и трансформаторов
Это — одни из основных элементов электрической машины и трансформатора, так как надежность их работы в большой степени зависит от качества изоляции.

Изоляция должна обеспечивать надежную работу электрической машины или трансформатора в условиях эксплуатации при значительных коле­баниях температуры.


В зависимости от нагревостойкости изоляци­онные материалы разделяют на классы со следующими предельно допустимыми температурами:

• 
  класс Υ — 90° С,
  
• 
  класс А — 105° С,
  
• 
  класс Е — 120° С,
  
• 
  класс В — 130° С,
  
• 
  класс F — 155° С,
  
• 
  класс Н — 180° С,
  
• 
  класс С —более 180° С.
  

К классу Υ относят не пропитанные и не погруженные в жидкий диэлектрик волокнистые электроизоляционные материалы из целлюлозы или шелка, а также полимерные органические диэлектрики (полиэтилен, полистирол и др.) с температурой размягчения не ниже 90—100° С.

К классу А— волокнистые электроизоляционные материалы из целлюлозы или шелка, пропитанные или погруженные в жидкий диэлектрик; изоляцию эмальпроводов на основе масляных или полиамидных лаков; дерево и древесные слоистые пластики. Пропитывающими веществами для материалов класса А являются трансформаторное масло, масляные лаки, битумные составы.

К классу Е—-литьевые составы; изоляцию эмальпроводов на основе полизинилацеталевых, полиэфирных, эпоксидных и ио-лнуретаиовых смол и синтетические материалы.

К классу В — электроизоляционные материалы, изготовленные на основе неорганических диэлектриков (слюда, асбест, волокнистое стекло), пропитанных лаками или смолами повышенной нагревостойкости, а также пластмассы с неорганическим наполнителем.

К классу F — электроизоляционные материалы, изготовленные на основе неорганических диэлектриков и пропитанные лаками или смолами, модифицированными кремнийоргаиическими соединениями.

К классу Н— неорганические электроизоляционные материалы, пропитанные кремнийорганическими лаками или смолами. Такие материалы не содержат связывающих органических материалов с нагрево-стойкостью ниже 180° С.

---