Электромеханические системы

Министерство образования Российской Федерации

Волгоградский государственный технический университет

 

Кафедра “Электротехника”

 

 

Л. В. Хоперскова

 

Электромеханические системы

Учебное пособие

 

РПК

“Политехник”

Волгоград 2002

 

УДК 621.313

 

Л.В. Хоперскова. Электромеханические системы: Учебное пособие /ВолгГТУ. — Волгоград, 2002. — 69 с.

 

 

В пособии рассматриваются вопросы, связанные с изучением принципа работы и расчетами рабочих характеристик и различных электромеханических устройств.

Предназначено для студентов машиностроительных специальностей.

 

 

Ил. 19. Табл. 1. библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета.

JSBN 5-230-03704-0

 

Рецензенты: Н. И. Батченко

Н. Г. Лебедев

 

 

JSBN 5-230-03704-0 © Волгоградский

государственный

технический университет

Введение

Электрические машины имеют чрезвычайно широкое распространение. Они применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в энергетике, на транспорте, морском и речном флоте, в авиации, медицине, быту и т. д. В связи с этим существует большое разнообразие электрических машин. Они различаются по принципу действия, роду потребляемого тока, мощности, частоте вращения, режимам работы. Несмотря на конструктивные различия, любая электрическая машина является электромеханическим преобразователем, который может превращать механическую энергию в электрическую или наоборот — электрическую в механическую. Те электрические машины, в которых происходит преобразование механической энергии в электрическую, называются электрическими генераторами, а машины, в которых совершается обратное преобразование, называются электрическими двигателями.

В электрической машине взаимное преобразование механической и электрической энергии может происходить в любом направлении, т. е. одна и та же машина может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Это будет зависеть от того, какая энергия к машине подводится и какая снимается. В этом заключается принцип обратимости электрических машин. Однако для наиболее эффективного использования каждая электрическая машина, выпускаемая заводом-изготовителем, проектируется и предназначается для одного определенного режима работы (двигателем или генератором).

По роду тока электрические машины подразделяются на машины постоянного тока и машины переменного тока.Особенностью большинства машин постоянного тока является наличие у них специального механического переключающего устройства — коллектора. Машины переменного тока подразделяются на асинхронные и синхронные. В тех и других машинах возникает вращающееся магнитное поле. У асинхронных машин частота вращения ротора отличается от частоты вращения поля, а у синхронных машин эти частоты равны.

К электрическим машинам принято относить также трансформаторы. Строго говоря, трансформатор не является электрической машиной, так как в нем не происходит превращение одного вида энергии в другой. В трансформаторе электрическая энергия одного напряжения преобразуется в электрическую энергию другого напряжения. При этом часть потребляемой энергии преобразуется в тепло (расходуется на нагрев сердечника и проводников обмоток). С этой точки зрения трансформатор является типичным потребителем энергии. Вырабатывать энергию он не может, т. е. не является ее источником. Однако физические процессы, происходящие в трансформаторе, имеют много общего с процессами, происходящими во вращающихся электрических машинах. Изучение конструкции и основ теории трансформаторов важно не только само по себе, но и является той базой, на основе которой изучаются асинхронные и синхронные машины.

Для практического применения, правильного подключения, выбора и оптимальной эксплуатации электрических машин важно не только хорошо представлять принцип их работы, но и получать рабочие характеристики устройств, используя их паспортные данные.

Сведения об электромагнитных устройствах сосредоточены в специальных каталогах и справочниках. Кроме того, каждая электрическая машина имеет паспортную табличку, выбитую на металлической пластине и прикрепленную к корпусу. В этой табличке указаны тип машины и ее номинальные данные, характеризующие основные энергетические показатели и условия работы, на которые она рассчитана. К ним относятся : мощность, напряжение, частота вращения, частота переменного тока, коэффициент полезного действия (КПД), число фаз, коэффициент мощности, режим работы и т. д. Термин “номинальный” можно применять и к величинам, не приведенным в паспортной табличке, но относящимся к ее номинальному режиму, например, номинальный вращающий момент, номинальное скольжение и т. д.

Важнейшим номинальным параметром электрической машины является номинальная мощность, то есть мощность, на которую рассчитана данная машина по условиям нагревания и безаварийной работы в течение установленного срока службы. Для электрических двигателей под номинальной мощностью понимают полезную механическую мощность на валу, выраженную в ваттах или в киловаттах; для генераторов постоянного тока — полезную электрическую мощность на зажимах машины (в ваттах или киловаттах); для генераторов переменного тока — полную электрическую мощность на зажимах (в вольт-амперах или киловольт-амперах). Номинальные мощности всех видов электрических машин и трансформаторов стандартизованы; также стандартизованы номинальные частоты вращения электрических машин.

Электрические машины могут работать и при неноминальных условиях (например, пониженное или повышенное напряжение или ток, отличная от номинальной мощность и т. д.) В этих случаях энергетические показатели отличаются от паспортных данных. Например, при нагрузке трансформатора ниже оптимальной его КПД резко падает. При нагрузках больше номинальной появляется опасность чрезмерного повышения температуры частей электрической машины, в первую очередь обмоток, что может привести к преждевременному выходу из строя изоляции обмоток и, следовательно, всей машины.

Как правило, электрический двигатель представляет собой основной элемент электропривода, являясь электромеханическим преобразователем энергии. От электродвигателя механическая энергия через передаточное устройство (механическое, гидравлическое, электромагнитное) передается на исполнительный орган рабочей машины, за счет чего он и совершает механическое движение. Таким образом, и электропривод сам по себе является электромеханической системой, состоящей из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенной для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением. При питании электрических частей электропривода для понижения или повышения напряжения используются такие электромагнитные устройства, как трансформаторы.

Целью данного пособия является установить основные закономерности в работе электромеханических и электромагнитных преобразователей, привести основные характеристики и параметры электрических машин и трансформаторов, обрисовать круг проблем при их эксплуатации.

Пособие предназначено для студентов машиностроительных и других инженерных специальностей, обучающихся по дневной или заочной формам.

 

Расчет трехфазных трансформаторов

 

Назначение и области применения трансформаторов

По особенностям конструкции и применению трансформаторы можно разделить на силовые, сварочные, измерительные и специальные. Наибольшее… Обмотки фаз высшего (ВН) или низшего (НН) напряжений могут соединяться звездой…

Паспортные данные трехфазных трансформаторов

1. Номинальная мощность .Ею является полная мощность, которая для трехфазного трансформатора определяется как . Так как коэффициент полезного… 2. Под номинальными напряжениями и понимают линейные напряжения каждой из… По значениям номинальных напряжений может быть определен коэффициент трансформации, определяемый как отношение…

Характеристики трансформаторов

Для построения внешней характеристики трансформатора требуется использование некоторых дополнительных параметров, характеризующих режим работы… Нагрузку определяет коэффициент нагрузки , определяемый соотношением. При известном изменении вторичного напряжения при фиксированной нагрузке вторичное напряжение определяется как

Расчет двигателей постоянного тока

Назначение и области применения двигателей

Постоянного тока

Двигатели постоянного тока классифицируются по способу включения обмотки возбуждения: независимого возбуждения, параллельного (шунтового)… В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединяется… В машинах последовательного возбуждения весь ток якоря проходит через обмотку возбуждения. Последняя поэтому…

Паспортные данные двигателей постоянного тока

1. За номинальную мощность двигателя принимают механическую мощность на валу [кВт]. Эта мощность обычно указывается на щитке, закрепленном на… 2. Номинальное напряжение [В]. 3. Номинальная частота вращения [об/мин].

Характеристики двигателей постоянного тока

У двигателей постоянного тока приложенное к якорю напряжение уравновешивается наведенной в обмотке якоря электродвижущей силой и падением напряжения… . Это соотношение называют уравнением электрического состояния обмотки якоря двигателя постоянного тока. Падение…

Расчет трехфазных асинхронных двигателей

 

Назначение и области применения

Асинхронных двигателей

Принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося (или бегущего) магнитного поля и короткозамкнутого витка с током.… Магнитная система асинхронной машины состоит из двух сердечников: наружного… У двигателей первого типа обмотка ротора представляет собой цилиндрическую клетку – так называемое “беличье колесо” –…

Паспортные данные трехфазных асинхронных двигателей

К паспортным данным трехфазных асинхронных двигателей относятся следующие: 1. Номинальная мощность , выраженная в киловаттах (кВт). Это механическая… 2. Номинальное напряжение . Это линейное напряжение обмотки статора. Обычно в виде дроби указываются два напряжения,…

Характеристики трехфазных асинхронных двигателей

Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от режима работы определяется значением скольжения , параметрами сети и самого двигателя. Это… , где – число фаз двигателя, – число пар полюсов, – питающее напряжение,– циклическая частота напряжения сети (), –…

Принципы выбора электродвигателей

Если выбранный двигатель имеет недостаточную мощность, то это может привести к нарушению заданного цикла, снижению производительности рабочей… При завышенной мощности двигателя уменьшается коэффициент полезного действия… Выбор электродвигателя производится обычно в такой последовательности:

ЛИТЕРАТУРА

1. Брускин Д. Э. и др. Электрические машины и микромашины: Учеб. для электротехн. спец. вузов/ Д. Э. Брускин, А. Е. Зорохович, В. С. Хвостов.– 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990.

2. Токарев Б. Ф. Электрические машины. — М.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Волынский Б. А. и др. Электротехника / Б. А. Волынский, Е. Н. Зейн, В. Е. Шатерников. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

4. Сергеенков Б. Н. и др. Электрические машины: Трансформаторы: Учеб.пособие для электромех. спец. вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселев, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Высш.шк.,1989..

5. Справочник по электрическим машинам. В 2-х т./Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова.– М.: Энергоатомиздат, 1988–1989.

6. Специальные электрические машины: Источники и преобразователи энергии. Учеб. пособие для вузов/ А. И. Бертинов, Д. А. Бут, С. Р. Мизюрин и др.; Под ред. А. И. Бертинова. – М., Энергоиздат, 1982.

7. Копылов И. П. Электрические машины: Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб.– М.: Высш. шк.; Логос; 2000.

8. Юферов Ф. М. Электрические машины автоматических устройств: Учеб. для студентов вузов, обучающихся по спец. “Электромеханика.” – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1988.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

	Введение
1.	Расчет трехфазных трансформаторов
	1.1. Назначение и области применения трансформаторов
	1.2 Паспортные данные трехфазных трансформаторов
	1.3 Характеристики трансформаторов
2.	Расчет двигателей постоянного тока
	2.1. Назначение и области применения двигателей постоянного тока
	2.2. Паспортные данные двигателей постоянного тока
	2.3. Характеристики двигателей постоянного тока
3.	Расчет трехфазных асинхронных двигателей
	3.1 Назначение и области применения асинхронных двигателей
	3.2. Паспортные данные трехфазных асинхронных двигателей
	3.3. Характеристики трехфазных асинхронных двигателей
4.	Принципы выбора электродвигателей
	Литература

 

Людмила Владимировна Хоперскова

Электромеханические системы

Учебное пособие

 

Редактор Т. В. Кудясова

 

Темплан 2002, поз. 41

Подписано в печать . Формат 6084 1/16/

Бумага газетная. Печать офсетная. Усл.печ.л. 4,18

Уч.-изд.л. 3,48. Тираж 300 экз. Заказ .

Волгоградский государственный технический университет.

400131 Волгоград, пр. Ленина, 28.

РПК “Политехник” Волгоградского государственного технического

университета.

400131 Волгоград, ул. Советская, 35