Радел 1 Коллекторные машины

Содержание

1Тематический план 3

2 Общие методические указания 6

3 Указания к выполнению контрольных и лабораторных работ 8

4 Распределение учебного материала программы 9

5 Задания для контрольной работы 41

5.1 Варианты заданий 41

5.2 Теоретические вопросы к контрольной работе 41

5.3 Задачи к контрольной работе 43

6 Примеры решения задач 48

7 Список использованных источников 53

1 Тематический план

*Не учитывать для специальности2 - 36 03 31 «Монтаж и эксплуатация электрооборудования»

2 Общие методические указания

Электрические машины имеют чрезвычайно широкое распространение. Они применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в энергетике, авиа­ции, морском и речном флоте, медицине, быту, на транс­порте и т.д. Нет ни одной отрасли промышленности, где бы не находили применения электрические машины.

Существует большое разнообразие электрических ма­шин. Они различаются по принципу действия, мощности, частоте вращения.

Широкому распространению электрических машин спо­собствуют их высокие энергетические показатели, удобст­во обслуживания и простота управления.

Программой дисциплины «Электрические машины» предусматривается изучение принципа действия, конструкции, рабочих процессов и эксплуатационных особенностей трансформаторов, электродвигателей и генераторов постоянного и переменного тока, применяемых в народном хозяйстве.

Базой для изучения дисциплины служат знания, по таким предметам как «Физика», «Высшая математика», «Теоретические основы электротехники», «Электрические измерения» и др. В свою оче­редь она является базой для изучения всех специальных дисцип­лин: «Автоматизированный электропривод», «Электроснабже­ние», «Эксплуатация и ремонт электрооборудования» и др.

При изучении материала темы его следует конспектировать с выполнением рисунков, схем, графиков, таблиц. После усвоения темы следует устно ответить на вопросы к данной теме для самопроверки.

В результате изучения дисциплины учащийся должен знать:

на уровне представления:

- номенклатуру электрических машин, выпускаемых заводами-производителями;

- общие требования, предъявляемые к электрическим машинам;

- достижение и перспективы развития отечественного электромашиностроения;

на уровне понимания:

- принцип действия, конструкцию, рабочие процессы и эксплуатационные особенности трансформаторов и электродвигателей, применяемых в народном хозяйстве;

- принцип действия, конструкцию, основные характеристики генераторов постоянного и переменного тока;

- методику расчета мощности электродвигателей при различных режимах работы;

уметь:

- производить простейший расчет однофазного и многообмоточного трансформатора;

- исследовать основные свойства трансформаторов и электрических машин;

- производить расчет мощности и выбор электродвигателей;

- производить проверку электродвигателей по перегрузочной способности, пусковым условиям, нагреву;

- обнаруживать основные неисправности в трансформаторах и электродвигателях, определять пути их устранения.

Изучать программный материал рекомендуется не только по предлагаемой литературе, но и используя соответствующие справочники, журналы,глобальную сеть интернет.

Изучение предмета завершается сдачей экзамена, который позволя­ет учащимся обобщить и закрепить полученные ранее знания, а препода­вателю - оценить глубину этих знаний.

3 Указания к выполнению контрольных и лабораторных работ

По дисциплине «Электрические машины» выполняется одна контрольная работа, которая содержит четыре теоретических вопроса и четыре задачи.

Варианты заданий для каждого учащегося индивидуальные. Выбор номера варианта осуществляется по последним двум цифрам шифра. Номер варианта расположен в таблице №1, теоретические вопросы – в вертикальном столбце (четыре вопроса), практические задачи – в горизонтальной строке (четыре задачи). Например, если две последние цифры шифра 32, то учащийся должен ответить на вопросы № 4, 17, 28, 38 и решить задачи № 44, 52, 69, 76.

Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, не засчитывается и возвращается учащемуся. Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, желательно в клеточку. Условия задач (вопросов) переписываются полностью, оставляется поле шириной 25 мм для замечаний рецензента, а в конце тетради - 2 - 3 страницы для рецензии. Ответы на теоретические вопросы пишутся через клеточку. Формулы и расчеты выполняют чернилами (пастой), а чертежи и схемы - карандашом и линейкой, на графиках указывают масштаб. Решение задач ведётся в Международной системе единиц (СИ). Страницы тетради нумеруют.

После получения работы с оценкой и замечаниями преподавателя, следует исправить отмеченные ошибки, недоработки, выполнить все его указания и повторить недостаточно усвоенный материал.

Если контрольная работа не зачтена, учащийся выполняет её повторно по старому или новому варианту в зависимости от указания преподавателя и отправляется на повторную проверку.

В случае возникновения затруднений при выполнении контрольной работы учащийся может обратиться в колледж для получения соответствующей консультации.

Для получения практических навыков программой предмета предусматривается выполнение лабораторных работ в период экзаменационно -лабораторной сессии. К этим работам учащиеся допускаются после сдачи контрольных работ. По каждой лабораторной работе составляется отчёт по установленной форме.

Сдача экзамена разрешается учащимся, получившим зачет по контрольной и лабораторным работам.

4 Распределение учебного материала программы

Введение

Содержание программы:

Цели и задачи предмета. Роль электрических машин и трансформаторов в электрификации народного хозяйства. История развития трансформаторов и электрических машин, этапы развития. Перспективы развития отечественного электромашиностроения. Классификация электрических машин.

Литература

[ 1] c.4; [ 2 ] c.3

Методические указания:

Учащимся необходимо усвоить роль и значение предмета, его влияние на ускорение научно-технического прогресса. При этом, должна быть отражена связь предмета с другими электротехническими дисциплинами. Должны быть усвоены этапы развития электромашиностроения, их проблемы в
настоящее время, роль республиканских предприятий. Электрические машины имеют чрезвычайно широкое распространение. Нет ни одной отрасли промышленности, где бы не находили применения электрические машины.

Существует большое разнообразие электрических ма­шин. Они различаются по принципу действия, мощности, частоте вращения. Широкому распространению электрических машин спо­собствуют их высокие энергетические показатели, удобст­во обслуживания и простота управления.

Цель изучения дисциплины «Электрические машины» — подготовка специалиста, способного решать задачи, связанные с использованием электрических машин.

В результате изучения дисциплины учащийся должен знать устройство, принцип действия, характеристики, режимы работы и области применения электрических машин. Должен уметь под­ключать и испытывать, рассчитывать и измерять параметры, строить необходимые характеристики электрических машин.

Составными частями дисциплины являются следующие разделы: трансформаторы, асинхронные машины, синхронные машины, машины постоянного тока.

Радел 1 Коллекторные машины

Тема 1.1 Принцип работы и устройство коллекторных машин постоянного тока

Содержание программы:

Основные законы электротехники в применении к теории электрических машин.

Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока. Устройство коллекторной машины постоянного тока. Серии машин постоянного тока, выпускаемых промышленностью.

Литература

[ 1] c.321; [ 2 ] c.8

Методические указания:

При изучении данной темы следует особое внимание обратить на роль коллектора в машинах постоянного тока.

При работе машины постоянного тока в режиме генератора в секциях якорной обмотки наводится переменная Э.Д.С, которая с помощью вращающегося механического выпрямителя (коллектора) и щеток выпрямляется в пульсирующую во внешнем участке цепи.

При работе машины постоянного тока в режиме двигателя благодаря коллектору и щеткам одновременно с переходом проводника обмотки якоря из зоны действия одного полюса в зону действия другого полюса В нем меняется направление тока, и поэтому направление действия электромагнитных сил остается постоянным

Вопросы для самопроверки:

1 Каким образом переменный ток обмотки якоря преобразуется в пульсирующий во внешней цени генератора?

2 Каким образом уменьшают пульсации тока во внешней цепи генератора?

3 Какую роль играет коллектор при работе машины постоянного тока в режиме двигателя?

4 Каково устройство коллектора и щеток в машине постоянного тока?

5 Назовите основные сборочные единицы в машине постоянного тока?

Тема 1.2 Обмотки якоря коллекторных машин

Содержание программы:

Принцип выполнения обмоток якоря. Типы обмоток: простые петлевые и волновые, сложные петлевые и волновые, комбинированная обмотка. Уравнительные соединения обмоток якоря первого и второго рода. Области применения различных типов обмоток якоря.

Выражение электродвижущих сил (ЭДС) обмотки якоря, электромагнитного момента машины постоянного тока.

Литература

[ 1] c.329; [ 2 ] c.10

Методические указания:

При изучении материала темы следует обратить внимание на то, что обмотка якоря — это замкнутая система проводников, то есть, начав обход обмотки якоря с первой коллекторной пластины, мы вернёмся в конце обхода к той же коллекторной пластине. В зависимости от того, как секции якорной обмотки подсоединяются к коллекторным пластинам, различают следующие типы обмоток якоря: петлевые (простые и сложные), волновые (простые и сложные), комбинированные. Для каждого типа обмотки можно составить электрическую схему, или схему параллельных ветвей. Количество параллельных ветвей в обмотке якоря определяет основные рабочие параметры машины - напряжение и величину тока.

Вопросы для самопроверки:

1 Какие шаги рассчитывают для якорной обмотки машины постоянного тока?

2 Какая обмотка называется простой петлевой? Чему равно число пар параллельных ветвей в простой петлевой обмотке?

3 Как выполняется сложная петлевая обмотка? Чему равно число пар параллельных ветвей в сложной петлевой обмотке?

4 Какая обмотка называется простой волновой? Почему в простой волновой обмотке только две параллельные ветви?

5Сколько параллельных ветвей в сложной волновой обмотке?

6 Какова роль уравнительных соединений первого рода?

7 В каких обмотках применяются уравнительные соединения второго рода? Какова их роль?

Тема 1.3 Магнитная цепь машины постоянного тока

Содержание программы:

Магнитодвижущая сила (МДС) обмотки возбуждения в режиме холостого хода.

Магнитная цепь и ее участки. Реакция якоря в машине постоянного тока. Магнитное поле машины в режиме нагрузки. Учет размагничивающего действия реакции якоря. Компенсационная обмотка: назначение, конструкция, область применения

Литература

[ 1] c.348; [ 2 ] c.22

Методические указания:

Расчет магнитной цепи машины сводится к расчету ампер-витков обмотки возбуждения машины постоянного тока при заданных основных размерах машины. Учащиеся должны уметь находить намагничивающую силу на каждом из пяти участков магнитной цепи машины.

Одним из самых важных вопросов в теории машин постоянного тока является вопрос о реакции якоря. Реакция якоря оказывает вредное воздействие на работу машины, влияет на эксплуатационные свойства машины. Поэтому вопрос о реакции якоря должен быть особенно хорошо изучен учащимися.

Вопросы для самопроверки:

1 Что называется основным магнитным потоком машины?

2 Что учитывает коэффициент рассеяния?

3 На каком законе основан расчет магнитной цепи машины?

4 Из каких участков состоит магнитная цепь машины?

5 Как определяется М.Д.С. для каждого участка цепи?

6 Что называется магнитной характеристикой машины?

7 Что называется реакцией якоря?

8 Какие вредные последствия оказывает реакция якоря на работу машины?

9 Что такое поперечное и продольное поле реакции якоря?

10 Как действует реакция якоря на величину результирующего магнитного потока в насыщенной машине?

11 Каким образом учитывают размагничивающее влияние реакции якоря при определении М.Д.С. нагруженной машины?

12 Назначение компенсационной обмотки.

Тема 1.4 Коммутация в машинах постоянного тока

Содержание программы:

Причины, вызывающие искрение на коллекторе. Стандартная шкала искрения. Сущность процесса коммутации, виды коммутации. Способы улучшения коммутации.

Литература

[ 1] c.361; [ 2 ] c.28

Методические указания:

Одним из сложных вопросов в теории электрических машин постоянного тока является вопрос о коммутации. Значение этого вопроса определяется тем, что безаварийная эксплуатация электрических машин постоянного тока во многом зависит от хорошо налаженной безыскровой коммутации. Поэтому очень важно разобраться в причинах неудовлетворительной коммутации и способах ее улучшения.

Вопросы для самопроверки:

1 Каковы причины, вызывающие искрение на коллекторе?

2 Что называется коммутацией?

3 Что такое классы коммутации?

4 Почему прямолинейная коммутация не вызывает искрения?

5 Какие Э.Д.С. наводятся в коммутирующей секции?

6 Когда коммутация в машине будет криволинейной замедленной? Почему такая коммутация сопровождается искрением?

7 Как влияет величина сопротивления щетки на коммутацию в машине? Как выбирают щетки?

8 Каким образом можно уменьшить реактивную Э.Д.С. в коммутирующей секции?

9 Почему добавочные полюса делают ненасыщенными?

10 Почему в машинах без добавочных полюсов сдвигают щетки?

11 Что такое круговой огонь по коллектору?

12 Какие имеются способы ослабления радиопомех при работе коллекторных машин?

Тема 1.5 Коллекторные генераторы постоянного тока

Содержание программы:

Уравнения ЭДС и моментов для генераторов. Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения. Генераторы постоянного тока независимого, параллельного и смешанного возбуждения: схемы включения, принцип работы, характеристики холостого хода, внешние и регулировочные. Типы генераторов и области их применения.

Литература

[ 1] c.377; [ 2 ] c.37

Методические указания:

В процессе работы коллекторного генератора на его вал прикладывается вращающий момент, при этом в обмотке якоря генерируется ЭДС Eа, а на выводах возникает напряжение.

Есть различные типы генераторов, отличающиеся, в основном, типом возбуждения.

Генератор независимого возбуждения. Основной недостаток таких генераторов – необходимость иметь посторонний источник энергии – возбудитель. Достоинства – возможность регулировки напряжения в широких пределах, напряжение не сильно меняется при изменении нагрузки.

Генератор параллельного возбуждения. Такие генераторы широко применяют в установках постоянного тока, так как им не нужен возбудитель. Однако, их напряжение довольно сильно меняется при изменении нагрузки.

Генератор смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, это позволяет получить жёсткую внешнюю характеристику, то есть малое изменение напряжения при изменении нагрузки. (Зависимость U(I)). Такие генераторы применяют, когда требуется постоянство напряжения.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие характеристики определяют свойства генераторов постоянного тока?

2. Почему у генератора параллельного возбуждения изменение напряжения при сбросе нагрузки больше, чем у генератора независимого возбуждения?

3. Каковы условия самовозбуждения генераторов постоянного тока?

4. При каком включении обмоток возбуждения генератора смешанного

возбу­ждения внешняя характеристика получается более «жесткой»?

Тема 1.6 Коллекторные двигатели

Содержание программы:

Уравнения ЭДС и моментов для двигателя постоянного тока. Коллекторные двигатели постоянного тока параллельного, последовательного и смешанного возбуждения: схемы включения, принципы работы, основные характеристики, область применения. Регулировочные свойства коллекторных двигателей; явление "разноса".

Коллекторный двигатель переменного тока последовательного возбуждения.

Универсальный коллекторный двигатель: особенности конструкции, характеристики, область применения. Потери и коэффициент полезного действия машины постоянного тока.

Литература

[ 1] c.387; [ 2 ] c.44

Методические указания:

При изучении этой темы необходимо четко представлять, как происходит процесс пуска двигателей, знать рабочие и регулировочные характеристики различных типов двигателей и их зависимость от способа подсоединения обмотки возбуждения относительно якоря двигателя.

Следует разобраться, почему коллекторный двигатель постоянного тока может работать от сети переменного тока.

При изучении вопроса о КПД машин постоянного тока следует запомнить, что для номинального режима работы номинальная мощность машины - это полезная мощность.

Вопросы для самопроверки:

1.Почему в двигателе Э.Д.С. называют противо - Э.Д.С? Как записывается уравнение Э.Д.С. двигателя?

2.Какие моменты действуют на вал двигателя постоянного тока?

З.Чем опасен большой пусковой ток для двигателя?

4.Как называется скоростная характеристика двигателя параллельного возбуждения? Объясните ее характер.

5.Какими способами можно регулировать скорость вращения двигателя параллельного возбуждения? Какой из способов регулирования наиболее экономичен?

6.Почему двигатель последовательного возбуждения нельзя пускать вхолостую?

7.Как называется скоростная характеристика двигателя последовательного возбуждения?

8.Как можно регулировать скорость вращения двигателя последовательного возбуждения?

11. Каковы преимущества двигателя смешанного возбуждения по сравнению с двигателем последовательного возбуждения?

12. Почему двигатель постоянного тока может работать от сети переменного тока?

13. Каковы конструктивные особенности однофазного коллекторного двигателя переменного тока?

14. Что такое универсальный коллекторный двигатель?

15. Какие виды потерь имеются в машине постоянного тока? Какие из них постоянные (не зависят от нагрузки) и переменные

16. Как определяется КПД машины?

17. Что такое косвенный метод определения КПД машины?

Тема 1.7 Машины постоянного тока специального назначения

Содержание программы:

Вентильный и исполнительный двигатели постоянного тока, тахогенераторы и сварочные генераторы. Их устройство, принцип действия и область применения.

Литература

[ 1] c414.; [ 2 ] c.65

Методические указания:

Необходимо усвоить назначение, особенности, схемы включения, устройства, принцип действия машин постоянного тока специального назначения.

Материал этой темы изложен в [2] кратко и носит описательный характер. Он рассчитан на ознакомление учащихся с видами машин постоянного тока специального назначения.

Вопросы для самопроверки:

1 Почему выходная характеристика тахогенератора криволинейна?

2.Будет ли работать бесконтактный двигатель постоянного тока, если изменить полярность напряжения на его входе?

3.Объясните принципы якорного и полюсного способов управления исполнительными двигателями?

4.Каковы достоинства и недостатки малоинерционного двигателя постоянного тока?

5.Поясните устройство двигателя постоянного тока с печатным якорем, его достоинства?

Раздел 2 Трансформаторы

Тема 2.1 Устройство и рабочий процесс трансформатора

Содержание программы:

Назначение, область применения, принцип действия, устройство и классификация трансформаторов. Уравнение ЭДС и токов. Приведение параметров вторичной обмотки трансформаторов к параметрам первичной. Уравнение ЭДС, МДС приведенного трансформатора. Схема замещения и векторная диаграмма приведенного трансформатора.

Трансформирование трехфазного тока. Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов.

Явления, возникающие при намагничивании магнитопроводов трансформаторов. Опытное определение параметров реального трансформатора и схемы замещения по данным опытов холостого хода, короткого замыкания.

Упрощенная векторная диаграмма трансформатора. Изменение вторичного напряжения, внешние характеристики трансформатора при различном характере нагрузки. Потери мощности, коэффициент полезного действия трансформаторов. Способы регулирования напряжения трансформаторов.

Литература

[ 1] c.13; [ 2 ] c.199

Методические указания:

Русский ученый П.П. Яблочков является изобретателем важнейшего в электротехнике аппарата - трансформатора. Он первым применил его в промышленных условиях.

Перед изучением трансформатора необходимо четко восстановить в памяти все вопросы, которые были изучены в разделе "Нелинейные электрические цели переменного тока" предмета "Теоретические основы электротехники". Некоторые трудности всегда встречаются у учащихся при рассмотрении вопроса о приведении вторичной обмотки к первичной. В этом случае можно представить, что действительной трансформатор заменен другим, у которого число витков вторичной обмотки равно числу витков первичной. Это дает в дальнейшем громадное преимущество, позволяя магнитную связь обмоток заменить электрической и собрать электрическую схему, состоящую из цепи последовательно соединенных активных и реактивных сопротивлений. Все векторные диаграммы обычно бывают начерчены не для трансформатора, а для его схемы замещения, чем упрощаются расчеты. Чтобы трансформатор с приведенными обмотками вполне заменял действительный, надо у него сделать пересчеты вторичной Э.Д.С., тока и сопротивления. Формулы пересчета даны во всех учебниках.

Вопросы для самопроверки:

1 Какой электрический закон положен в основу работы трансформатора?

2 У трансформатора, с каким магнитопроводом (стыковым или шихтованным) меньше намагничивающий ток?

3 Для чего служит расширитель в трансформаторе?

4 Что называется номинальным вторичным напряжением?

5 Какая мощность трансформатора считается номинальной?

6 Что называется коэффициентом трансформации трансформатора?

7 Почему магнитный поток трансформатора не зависит от нагрузки?

8 Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток в первичной обмотке?

9 Какие потери определяют активную составляющую тока холостого хода?
10.Что такое приведённый трансформатор?

11.Какую форму имеет магнитный поток, если намагничивающий ток несинусоидален и содержит третью гармоническую?

12.Какие потери в трансформаторе постоянны и какие - зависят от нагрузки? С помощью каких опытов их определяют?

13.Почему напряжение короткого замыкания очень мало по сравнению с номинальным?

14.Как называется стороны треугольника короткого замыкания?

15.Почему в опыте к.з. можно пренебречь величиной магнитных потерь, а в опыте х.х. - величиной электрических потерь?

16.Что называется изменением напряжения трансформатора?

17.Как зависит изменение напряжения от характера и величины нагрузки трансформатора?

18.Как зависит величина КПД трансформатора от величины нагрузки и её характера?

19.Чему равен коэффициент нагрузки, соответствующий максимальному КПД?

Тема 2.2 Схемы и группы соединения обмоток и параллельная работа трансформаторов

Содержание программы:

Схемы соединения обмоток трехфазного трансформатора. Влияние схемы соединения обмоток на отношение линейных напряжений трехфазных трансформаторов.

Группы соединения (основные и производные). Группы соединения, предусмотренные стандартом.

Необходимость в параллельной работе трансформаторов, условия и схемы их включения.

Литература

[ 1] c.61; [ 2 ] c.220

Методические указания:

Впервые трёхфазный трансформатор был построен нашим соотечественником М.О.Доливо-Добровольским, который первый изобрёл и оценил достоинства трёхфазной системы передачи тока.

Группа соединения определяет угловое смещение линейной Э.Д.С. обмотки низшего напряжения относительно линейной Э.Д.С. обмотки высшего напряжения и отсчитывается по часовой стрелке.

Вопросы для самопроверки:

1 Что называется группой соединения обмоток трансформатора?

2 Какие факторы определяют группу соединения трёхфазных трансформаторов?

3 С какими группами соединения обмоток выпускаются трансформаторы по ГОСТу?

4 Каковы условия включения трансформаторов на параллельную работу?

5 Несоблюдение какого условия при параллельной работе трансформаторов недопустимо?

6 При каких условиях трансформаторы будут делить между собой нагрузку пропорционально номинальным мощностям?

Тема 2.3 Автотрансформаторы и трехобмоточные трансформаторы

Содержание программы:

Устройство и особенности рабочего процесса автотрансформаторов. Достоинства и недостатки автотрансформаторов по сравнению с двухобмоточными трансформаторами.

Трехфазные трансформаторы. Регулировочные трансформаторы. Трехобмоточные трансформаторы, их назначение, особенности работы.

Литература

[ 1] c.71; [ 2 ] c.235

Методические указания:

При изучении автотрансформаторов особое внимание следует обратить на конструктивное отличие автотрансформаторов от трансформаторов и в связи с этим на особенности физического процесса в автотрансформаторе. Необходимо разобраться в преимуществах работы автотрансформатора при коэффициенте трансформации, близком к 1. и его недостатках при коэффициенте трансформации, большем 2.

При изучении трёхобмоточных автотрансформаторов следует обратить внимание на экономическую целесообразность их применения.

Вопросы для самопроверки:

1 В чём конструктивные особенности автотрансформаторов?

2 Какая мощность автотрансформатора называется проходной и какая - расчётной?

3 Почему не целесообразно применение автотрансформатора с коэффициентом трансформации, большим 2?

4 Где применяются автотрансформаторы?

5 Какая мощность считается номинальной для трёхобмоточного трансформатора?

6 Каковы достоинства трёхобмоточных трансформаторов?

Тема 2.4 Трансформаторы специального назначения

Содержание программы:

Трансформаторы сплавным регулированием вторичного напряжения. Трансформаторы для выпрямительных установок: особенности работы, коэффициент типовой мощности трансформатора. Сварочные трансформаторы

Литература

[ 1] c.81; [ 2 ] c.237

Методические указания:

Материал этой темы изложен в [2] кратко и носит описательный характер. Он рассчитан на ознакомление учащихся с видами специальных трансформаторов.

Вопросы для самопроверки:

1. Как устроен трансформатор с подвижным сердечником?

2. Каким образом регулируют напряжение с помощью трансформатора с подмагничиванием шунтов?

3. Что такое поток вынужденного намагничивания в магнитопроводе трансформатора, работающего в схеме однополупериодного выпрямления?

4. Что такое типовая мощность трансформатора, работающего в выпрямительной схеме? Что называется коэффициентом типовой мощности'¹

Раздел 3 Общие вопросы теории бесколлекторных машин переменного тока

Тема 3.1 Принцип действия бесколлекторных машин переменного тока

Содержание программы:

Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей, синхронного
генератора. Устройство статора синхронной и асинхронной машины

Литература

[ 1] c.97; [ 2 ] c.93, 159

Методические указания:

Принцип действия бесколлекторных машин переменного тока обычно рассматривается на примере синхронного генератора и асинхронного двигателя как наиболее распространённые примеры таких машин.

Асинхронный двигатель. При подаче трёхфазного тока в обмотку статора возникает вращающееся с синхронной частотой электромагнитное поле. Оно сцепляется со стержнями обмотки статора и наводит в них ЭДС, действующую встречно напряжению и ограничивающую ток статора. В обмотке ротора тоже наводится ток. Взаимодействие этого тока с полем статора создаёт электромагнитные силы и, следовательно, вращающий момент.

Скорость вращения ротора (асинхронная) n2 всегда меньше скорости вращения поля статора, только в этом случае возможно наведение ЭДС в прутьях беличьей клетки.

Синхронный генератор. Вал связан с приводным механизмом – турбиной или двигателем внутреннего сгорания. Под действием вращающего момента ротор вращается с частотой n1. В обмотке статора наводится ЭДС. Обмотка ротора замкнута на нагрузку, и в ней появляется ток i2. Каждый проводник обмотки статора находится то под южным то под северным полюсом, поэтому направление тока в нём меняется с частотой вращения ротора. Следовательно, ток в обмотке статора наводится переменный. ЭДС в обмотке статора:

То есть форма кривой ЭДС определяется законом распределения индукции в зазоре. В идеале это синусоида, но достичь чисто синусоидальной формы очень тяжело. Путём применения специальной формы полюсных наконечников распределение индукции приближают к синусоидальному.

Такое электромагнитное поле создаёт в трёхфазной обмотке статора ЭДС, сдвинутые относительно друг друга на 120 градусов (1\3 периода). При подключении нагрузки в обмотке статора появляется трёхфазная система токов, при этом токи статора создают вращающееся с частотой n1 магнитное поле. Таким образом, в синхронном генераторе поле ротор и поле статора вращаются синхронно.

Статор – полый цилиндр, выполненный шихтованным из листовой электротехнической стали. На внутренней поверхности выполнены пазы, в которые укладывается обмотка.

Вопросы для самопроверки:

1. Объясните принцип действия генератора переменного тока.

2. Чем определяется форма графика ЭДС синхронного генератора?

3. Каково назначение контактных колец и щеток в синхронном генераторе?

4. Объясните принцип действия асинхронного двигателя.

5. Может ли ротор асинхронного двигателя вращаться синхронно с вращаю­щимся полем?

6. Какие функции выполняет обмотка статора в синхронном генераторе и в асинхронном двигателе?

Тема 3.2 Принцип выполнения и основные типы обмоток статора

Содержание программы:

Принцип выполнения обмоток статора: понятие о катушке (секции), полюсном делении, шаге обмотки по пазам, ЭДС проводника обмотки. График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре машины, ЭДС катушки (секции). Укорочение шага обмотки — основное средство ослабления высших гармоник ЭДС. Коэффициент укорочения шага обмотки. Обмотки сосредоточенные и распределенные. Число пазов на полюс и фазу. Коэффициент распределения. Обмоточный коэффициент. Катушечная группа. ЭДС катушечной группы и фазной обмотки статора. Трехфазная обмотка с целым числом пазов на полюс и фазу. Трехфазные обмотки статора - двухслойные и однослойные, петлевые и волновые. Понятие об обмотках с дробным числом пазов на полюс и фазу. Понятие об однофазных обмотках статора.

Литература

[ 1] c.102; [ 2 ] c.84

Методические указания:

Обмотка статора располагается в пазах на его внутренней поверхности. Выполняется из медных обмоточных проводников круглого или прямоугольного сечения.

Требования к обмотке:

1. малый расход меди

2. технологичность изготовления

3. синусоидальность формы кривой ЭДС

Трёхфазная обмотка состоит из трёх фазных обмоток, каждая из которых занимает треть пазов. Каждая из них – разомкнутая система проводников. Состоит из катушек.

Пазовая сторона катушки расположена в пазу, лобовая – вне паза. Часть дуги внутренней расточки статора, приходящуюся на один полюс, называют полюсным делением. Расстояние между пазовыми сторонами, выраженное в пазах – шаг обмотки по пазам. Если шаг равен полюсному делению, то он называется диаметральным. В случае, если шаг меньше, то он называется укороченным. У такой катушки ЭДС меньше.

Для изображения катушек обмотки пользуются развёрнутыми схемами обмоток.

В простейшем случае каждая фазная обмотка состоит из одной катушки. Такая обмотка называется сосредоточенной. ЭДС катушки чаще всего несинусоидальна и содержит высшие гармоники.

Для ослабления гармоник применяют помимо прочего укорочение шага обмотки. Если шаг катушки укоротить на 1\5 полюсного деления, то в разных сторонах катушки ЭДС пятой гармоники будут разнонаправлены и будут взаимно компенсироваться.

Отношение шага обмотки к полюсному делению называют относительным шагом обмотки. Обычно относительный шаг составляет 0,8 – 0,89, что даёт значительно ослабление гармоник. Однако, укорочение шага несколько уменьшает ЭДС катушки. Укорочение шага возможно только в двухслойных обмотках.

Вопросы для самопроверки:

1. Что такое шаг обмотки по пазам и какой должна быть его величина?

2. На какие гармонические составляющие можно разложить несинусоидальную кривую ЭДС, наведенной в обмотке статора?

3. Какие применяются средства подавления высших гармоник ЭДС в обмотке статора?

4. Каким образом можно ослабить зубцовые гармоники ЭДС в обмотке статора?

Тема 3.3 Магнитодвижущая сила обмоток статора.

Содержание программы:

МДС сосредоточенной и распределенной обмоток статора. МДС трехфазной обмотки.

Принцип получения вращающегося магнитного поля посредством трехфазной обмотки статора.

Понятие о круговом, эллиптическом и пульсирующем магнитных полях.

Литература

[ 1] c.125; [ 2 ] c.76

Методические указания:

При включении трехфазной обмотки статора в сеть трехфаз­ного тока в обмотках фаз появятся токи, сдвинутые по фазе (во времени) относительно друг друга на 120 эл. град. Ток каждой обмотки создает пульсирующую МДС, а совокуп­ное действие этих МДС создает результирующую МДС, вектор которой вращается относительно статора.

Вращающаяся МДС создает в расточке статора вращающееся магнитное поле. При необходимости изменить направление вра­щения МДС нужно изменить порядок следования токов в обмотке.

Вопросы для самопроверки:

1. Почему гармонические составляющие МДС обмотки статора называют про­странственными?

2. Какие методы подавления высших пространственных гармоник применяют в машинах переменного тока?

3. Какова зависимость частоты вращения МДС обмотки статора от частоты то­ка и числа полюсов в обмотке статора?

4. Как изменить направление вращения МДС обмотки статора?

5. Каково относительное значение магнитной индукции обратной составляю­щей поля статора при круговом, эллиптическом и пульсирующем магнитных полях?

12
• 3
• Далее ⇒