Общие вопросы теории эл ектром еханич еского преобразования энергии в электрических машинах

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ЭЛ ЕКТРОМ ЕХАНИЧ ЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ

Электрические машины служат для преобразования механической энергии в электрическую (электрические генераторы), электрической энергии в механическую (электрические двигатели), а также для преобразования частоты и числа фаз переменного тока, рода тока, например постоянного в переменный ток, постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (электромашинные преобразователи).

За номинальную мощность электрической машины принимают для генераторов постоянного тока - полезную мощность на зажимах машины; для генераторов переменного тока - полную электрическую мощность при номинальном коэффициенте мощности; для электродвигателей - полезную механическую мощность на валу.

Нагрузкой электрической машины называется мощность, которую развивает электрическая машина в данный момент времени.

Нагрузка выражается либо в единицах мощности (полной или активной), либо в процентах или долях номинальной мощности.

Нагрузка может быть задана током, потребляемым или отдаваемым электрической машиной, и выражена в амперах, процентах или в долях номинального тока.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ

Основные положения и формулы

Электрические машины, в которых подвижная часть (ротор) вращается, изменяя свое угловое положение относительно неподвижного статора, называются вращающимися. В цилиндрических вращающихся машинах цилиндрический ротор расположен внутри статора. В торцовых вращающихся машинах неподвижная часть (статор) и ротор имеют форму дисков, обращенных друг к другу плоскими торцовыми поверхностями.

Электрические машины, в которых подвижная часть перемешается поступательно, изменяя свое линейное положение относительно статора, называются линейными. В плоской линейной машине подвижный и неподвижный магнитопроводы имеют форму параллелепипедов, обращенных друг к другу плоскими гранями. В цилиндрической линейной машине подвижный магнитопровод цилиндрической формы перемещается в осевом направлении внутри неподвижного магнитопровода кольцеобразной формы.

Математическое описание электромеханических процессов преобразования энергии во вращающихся электрических машинах.

Напряжение для k -го контура многообмоточной (общее число контуров - s) вращающейся машины

где – трансформаторная ЭДС; – ЭДС вращения; L_kn – взаимная индуктивность k -й обмотки с n -й обмоткой; R_k – активное сопротивление k -го контура; – угловая скорость вращения ротора; γ(t) – угол поворота ротора относительно статора.

Энергия магнитного поля машины

Электромагнитный момент

Условие, необходимое для осуществления в машине электромеханического преобразования:

Задачи

На рис. 1 даны эскизы двух разновидностей вращающихся электрических машин. В чем их отличие? Обозначить основные элементы машин в соответствии с указанными номерами.

На рис. 2 представлены две разновидности линейных электрических машин. В чем их отличие? Обозначить основные элементы машин в соответствии с указанными номерами.

На рис. 3 показана электромагнитная схема простейшей вращающейся электрической машины. Обмотка статора состоит из одной катушки числом витков w ₁. Обмотка ротора, состоящая из одной катушки с числом витков w ₂, получает питание от электрической сети постоянного тока. Ротор вращается с угловой скоростью Ω. Записать уравнение напряжений для замкнутой на нагрузку обмотки статора. Какой природы ЭДС индуцируется в ней? Вывести формулу для этой ЭДС через значения индукции в зазоре, линейной окружной скорости n и длины магнитопровода в осевом направлении l. Определить направление ЭДС в обмотке статора (0 ≤ γ ≤ π).

На рис. 4 представлена электромагнитная схема многообмоточной вращающейся машины. В контурах обмоток протекают переменные токи, имеющие в рассматриваемый момент времени указанное на рисунке направление. Выразить потокосцепление второго контура 2 через токи в обмотках, индуктивность второго контура и взаимные индуктивности обмотки 2 со всеми остальными обмотками. Записать уравнение напряжений для этого контура и указать, с какой составляющей связано электромеханическое преобразование энергии в машине. Дать выражение энергии магнитного поля машины. Ротор вращается с угловой скоростью Ω.

Показать, что в электрической машине электромеханическое преобразование энергии возможно лишь при условии изменения индуктивностей или взаимных индуктивностей обмоток при повороте ротора.

Дата добавления: 2015-09-29