Електромеханічне перетворення енергії. Електричні машини як електромеханічні перетворювачі енергії. Індуктивні і ємнісні електричні машини. Закони електромеханічного перетворення енергії, режими електричних машин.
Електричні машини служать для перетворення електричної енергії в механічну енергію (двигуни) і механічною в електричну (генератори). Відповідно до цього визначення їх також називають електромеханічними перетворювачами енергії. Принцип дії більшості сучасних електромеханічних перетворювачів енергії заснований на одному з двох фізичних явищ. Перше - на провідник зі струмом, що знаходиться в магнітному полі, діє сила. Під дією цієї сили реалізуються переміщення рухомих частин у більшості типів електричних машин. Друге - на матеріал зі специфічною властивістю (з високою магнітною проникністю), поміщений в магнітне поле, діє сила, яка прагне перемістити його в зону з максимальною інтенсивністю поля.
Створення корисної сили за рахунок другого явища в електричних машинах масового застосування до недавнього часу зустрічалося відносно рідко. В основному воно було характерно для різних електричних апаратів (реле, контакторів і т.п.). Однак в останні роки все більшого поширення набуває новий тип електричних машин, так звані вентильно-індукторного машини, в основі роботи яких лежить саме це явище.
Перетворення енергії в обох випадках засноване на явищі електромагнітної індукції і пов'язане з електрорушійної силами, індукованими в провідниках при їх приміщенні в періодично змінюється магнітному полі. Електричні машини, дія яких заснована на явищі електромагнітної індукції, називають індуктивними. Існують також інші види електромеханічних перетворювачів енергії, засновані, наприклад, на явищі електростатичного індукції, п'єзоефекті і т.д. але область їх застосування обмежена, головним чином, через низькі масогабаритних показників і високу вартість.
Мал. 1.2. Основні конструктивні виконання електричних машин: а - асинхронна; б - синхронна; в - колекторна; г - індукторного
У більшості типів електричних машин магнітне поле створюється змінними струмами обмоток статора і ротора. Однак існує клас машин, в яких поле створюється постійними струмами обмоток, розташованих тільки на статорі. Перетворення енергії в них відбувається за рахунок зміни магнітного потоку в повітряному зазорі через зміну його провідності при обертанні poторa. Ротор в таких машинах має яскраво виражені зубці, переміщення яких щодо статора викликає зміна магнітного опору на ділянках зазору і потокозчеплення обмотки статора. Такі машини називають параметричними або індукторні. Конструктивні виконання індукторних машин вельми різноманітні. Найбільшого поширення набула конструкція индукторной машини з двома роторами 1 і статорами 2 (рис. 1.4). Якщо ротори зрушені відносно один одного на електричний кут 90 °, загальне магнітне опір машини під час обертання роторів не змінюється і в обмотці збудження 3, що живиться постійним струмом, що не наводять змінна складова напруги. Обмотки на роторах відсутні. При роботі машини з обмоток змінного струму 4, розташованих в пазах кожного статора, знімається напруга. Потік порушення замикається по корпусу статора і втулки ротора 5, насадженої на вал.
Мал. 1.4. Індукторного машина з двома роторами
Найбільшого поширення набули електричні машини обертального типу. Вони складаються з двох основних частин - статора і ротора. розділених повітряним зазором. Ротор обертається, статор нерухомий. Зазвичай і статор і ротор виготовлені з листів електротехнічної сталі з високим питомим опором (наприклад, з кременистої стали). Обмотка називається обмотки або роторної в залежності від того, де вона знаходиться.
Будь-яка електрична машина може працювати як двигуном, так і генератором. Це основне положення всієї електромеханіки. У руховому режимі роботи механічна потужність, що виробляється машиною, завжди менше електричної потужності на величину втрат # 61508; Pпот
Короткочасний режим. Під короткочасним режимом розуміють такий режим, протягом якого перевищення температури електричної машини досягає гранично допустимого значення для даного класу ізоляції тт ах, але не досягає сталого значення too. У цьому режимі машина працює в. Протягом порівняно невеликого періоду часу / К р, перерва же в роботі tnep досить великий, щоб вона встигла охолонути до температури навколишнього середовища ФО кр.
Повторно-короткочасний режим. Електричні машини часто працюють в повторно-короткочасному режимі, коли періоди роботи машини під навантаженням tp періодично чергуються з періодами відключення машини (паузами) tn. внаслідок чого загальний час роботи машини розбивається на періодично повторювані цикли продолжітельностьюtn = tp + tn. Відповідно до Держстандарту час циклу £ ц при роботі машини в цьому режимі не повинен перевищувати 10 хв. Повторно-короткочасний режим характеризується тривалістю включення в процентах:
Перемежовується режим. У цьому режимі (рис. 9.28) короткочасні періоди роботи під навантаженням (робочі періоди) чергуються з періодами холостого ходу (паузами), при яких АР = АРО-
Перемежовується режим характеризується відносною тривалістю навантаження у відсотках:
Роль трансформаторів в передачі і розподілі електричної енергії. Класифікація та призначення трансформаторів. Робочий процес трансформаторів. Коефіцієнт трансформації. Елементи конструкції трансформатора. Електрорушійні сили в обмотках трансформаторів. Рівняння магніторушійних сил.
Трансформатор - статична електромагнітне устрій-ство, що має дві або більше індуктивно пов'язаних обмоток і призначене для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або декількох систем змінного струму в одну або кілька інших систем змінного струму.
Області застосування трансформаторів. Трансформатори широко використовують для наступних цілей.
1. У системах передачі і розподілу електричної енергії.
2. В перетворювальних пристроях для забезпечення потрібної схеми включення вентилів і узгодження напруг на вході і виході перетворювача.
3. У різних електротехнологічних установках для технологічних цілей: зварювання (зварювальні трансформатори), живлення електротермічних установок (електропічні трансформатори.
4. У пристроях зв'язку, автоматики і телемеханіки, електропобутових приладів, для харчування ланцюгів радіо- і те-левізіонной апаратури, розділення електричних ланцюгів різних елементів цих пристроїв; узгодження напруги-ний і т. п.
5. У електровимірювальних пристроях для включення приладів в електричні ланцюги високої напруги або в ланцюзі, за якими проходять великі струми, з метою розширення меж вимірювання і забезпечення електробезпеки.
а) силові загального призначення;
б) спеціального призначення: розділові трансформатори; вимірювальні трансформатори струму; вимірювальні трансформатори напруги; зварювальні трансформатори; випрямні трансформатори; автотрансформатори; імпульсні трансформатори і ін.
· По системі охолодження: