Устройство синхронных машин способы возбуждения. Принцип действия

Конструктивная схема машины. Синхронные машины выполняют с неподвижным или вращающимся якорем. Машины большой мощности для удобства отвода электрической энергии со статора или подвода ее выполняют с неподвижным якорем (рис. 1.2, а)

Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3-3%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух колец не вызывает особых затруднений. Синхронные машины небольшой мощности выполняют как с неподвижным, так и с вращающимся якорем.

Рис. 1.2 - Конструктивная схема синхронной машины

с неподвижным и вращающимся якорем:

1 - якорь, 2 - обмотка якоря, 3 - полюсы индуктора,

4 - обмотка возбуждения, 5 - кольца и щетки

Синхронную, машину с вращающимся якорем и неподвижным индуктором (рис. 1.2, б ) называют обращенной.

Рис. 1.3 - Роторы синхронной явнополюсной (а) и неявнополюсной (6) машин:

1 - сердечник ротора, 2 - обмотка возбуждения

Конструкция ротора

Конструкция ротора. В машине с неподвижным якорем применяют две конструкции ротора: явнополюсную - с явно выраженными полюсами (рис. 1.3, а) и неявнополюсную - с неявно выраженными полюсами (рис. 1.3, б ). Явнополюсный ротор обычно используют в машинах с четырьмя и большим числом полюсов. Обмотку возбуждения выполняют в этом случае в виде цилиндрических катушек прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках полюсов и укрепляют при помощи полюсных наконечников. Ротор, сердечники полюсов и полюсные наконечники изготовляют из стали. Двух- и четырехполюсные машины большой мощности, работающие при частоте вращения ротора 1500 и 3000 об/мин, изготовляют, как правило, с неявнополюсным ротором. Применение в них явнополюсного ротора невозможно по условиям обеспечения необходимой механической прочности крепления полюсов и обмотки возбуждения. Обмотку возбуждения в такой машине размещают в пазах сердечника ротора, выполненного из массивной стальной поковки, и укрепляют немагнитными клиньями. Лобовые части обмотки, на которые воздействуют значительные центробежные силы, крепят при помощи стальных массивных бандажей. Для получения распределения магнитной индукции, близкого к синусоидальному, обмотку возбуждения укладывают в пазы, занимающие 2 / 3 каждого полюсного деления.

Рис. 1.4 - Устройство явнополюсной машины:

1 - корпус, 2 - сердечник статора, 3 - обмотка статора, 4 - ротор,

5 - вентилятор, 6 - выводы обмотки статора, 7 - контактные кольца,

8 - щетки, 9 - возбудитель

На рис. 1-4 показано устройство явнополюсной синхронной машины. Сердечник статора собран из изолированных листов электротехнической стали и на нем расположена трехфазная обмотка якоря. На роторе размещена обмотка возбуждения.

Полюсным наконечникам в явнополюсных машинах обычно придают такой профиль, чтобы воздушный зазор между полюсным наконечником и статором был минимальным под серединой полюса и максимальным у его краев, благодаря чему кривая распределения индукции в воздушном зазоре приближается к синусоиде.

В синхронных двигателях с явнополюсным ротором в полюсных наконечниках размещают стержни пусковой обмотки (рис. 1-5), выполненной из материала с повышенным удельным сопротивлением (латуни и др.). Такую же обмотку (типа «беличья клетка»), состоящую из медных стержней, применяют и в синхронных генераторах; ее называют успокоительной или демпферной обмоткой, так как она обеспечивает быстрое затухание колебаний ротора, возникающих при переходных режимах работы синхронной машины. Если синхронная машина выполнена с массивными полюсами, то в этих полюсах при пуске и переходных режимах возникают вихревые токи, действие которых эквивалентно действию тока в короткозамкну-тых обмотках. Затухание колебаний ротора при переходных процессах обеспечивается в этом случае вихревыми токами, замыкающимися в массивном роторе.

Возбуждение синхронной машины

Возбуждение синхронной машины. В зависимости от способа питания обмотки возбуждения различают системы независимого возбуждения и самовозбуждения. При независимом возбуждении в качестве источника для питания обмотки возбуждения служит генератор постоянного тока (возбудитель), установленный на валу ротора синхронной машины (рис. 1.6, а ), или же отдельный вспомогательный генератор, приводимый во вращение синхронным или асинхронным двигателем.

При самовозбуждении обмотка возбуждения питается от обмотки якоря через управляемый или неуправляемый выпрямитель - полупроводниковый или ионный (рис. 1.6, б ). Мощность, необходимая для возбуждения, невелика и составляет 0,3-3% от мощности синхронной машины.

В мощных генераторах иногда кроме возбудителя применяют подвозбудитель - небольшой генератор постоянного тока, служащий для возбуждения основного возбудителя. В качестве основного возбудителя в этом случае может быть использован синхронный генератор совместно с полупроводниковым выпрямителем. В настоящее время питание обмотки возбуждения через полупроводниковый выпрямитель, собранный на диодах или на тиристорах, все более широко применяют как в двигателях и генераторах небольшой и средней мощности, так и в мощных турбо- и гидрогенераторах (тиристорная система возбуждения). Регулирование тока возбуждения I в осуществляется автоматически специальными регуляторами возбуждения, хотя в машинах небольшой мощности применяется регулирование и вручную реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения.

В последнее время в мощных синхронных генераторах начали применять так называемую бесщеточную систему возбуждения (рис. 8-6, в). При этой системе в качестве возбудителя используют синхронный генератор, у которого обмотка якоря расположена на роторе, а выпрямитель укреплен непосредственно на валу.

Рис. 1.5 - Размещение пусковой обмотки в синхронных двигателях:

1-полюсы ротора, 2-короткозамыкающие кольца, 3 - стержни беличьей клетки,

4 - полюсные наконечники

Обмотка возбуждения возбудителя получает питание от подвозбудителя через регулятор напряжения. При таком способе возбуждения в цепи питания обмотки возбуждения генератора отсутствуют скользящие контакты, что существенно повышает надежность системы возбуждения. При необходимости форсирования возбуждения генератора повышают напряжение возбудителя и увеличивают выходное напряжение выпрямителя.

Характеристики системы возбуждения определяются сочетанием свойств источника питания обмотки возбуждения и устройств автоматического регулирования. Системы возбуждения должны обеспечивать:

1) надежное питание обмотки ротора синхронной машины во всех режимах, в том числе и при авариях;

2) устойчивое регулирование тока возбуждения при изменении нагрузки в пределах номинальной;

3) достаточное быстродействие;

4) форсировку возбуждения.

Системы возбуждения классифицируются в зависимости от источника питания-обмотки возбуждения на зависимые (самовозбуждение) и независимые. Зависимая - питается от главной или дополнительной обмотки якоря возбуждаемого генератора. Независимая питается от других источников (от шин собственных нужд станции, от возбудителя или вспомогательного генератора).

Среди независимых систем возбуждения различают:

а) прямые системы возбуждения, в которых ротор возбудителя или вспомогательного генератора находится на одном валу с ротором
синхронной машины или сопрягается с ним редуктором скорости;

б) косвенные системы возбуждения, в которых ротор возбудителя или вспомогательного генератора приводится во вращение синхронным или асинхронным двигателем, специально установленным для этой цели.

До 60-х годов прошлого века применялись прямые электромашинные системы возбуждения, в которых обмотка возбуждения синхронной машины питается от коллекторного генератора постоянного тока - возбудителя (рис. 24.26, а).

В соответствии с ГОСТ 533-76, ГОСТ 5616-81 и ГОСТ 609-75 турбо- и гидрогенераторы и синхронные компенсаторы могут иметь только обладающие наибольшей надежностью прямую систему возбуждения или систему самовозбуждения. Но электромашинные системы возбуждения по условиям коммутации не могут применяться в турбогенераторах мощностью 200 МВт и выше, у которых мощность возбуждения превышает 800-1000 кВт.

В. настоящее время все большее распространение получают вентильные системы возбуждения . Они применяются для синхронных двигателей и генераторов небольшой мощности, а также для крупных турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов, в том числе и для установок предельных мощностей.

Различают три основные разновидности вентильных систем возбуждения.

1. Независимая вентильная система возбуждения (рис. 24.26, б), в которой питание обмотки возбуждения осуществляется от вспомогательного синхронного генератора, ротор которого укреплен на валу главного генератора. В схемах выпрямителей в этом случае используются полупроводниковые вентили (кремниевые диоды или тиристоры), собранные по трехфазной мостовой схеме. При регулировании возбуждения генератора используются одновременно возможности управления выпрямителями и возможности изменения напряжения вспомогательного генератора.

2. Бесщеточная система возбуждения, которая отличается от независимой вентильной системы (рис. 24.26, б )тем, что имеет обращенный вспомогательный синхронный генератор, у которого обмотка переменного тока 3 размещается на роторе. Выпрямитель 5, получающий питание от этой обмотки, расположен на валу главного генератора. Преимуществом данной системы является отсутствие скользящих контактов, которые в мощных турбогенераторах должны быть рассчитаны на тысячи ампер

3 . Система самовозбуждения (рис. 24.26, в), в которой питание обмотки возбуждения производится от главной или дополнительной обмотки якоря. Выпрямление переменного тока осуществляется с помощью тиристоров. Отбор энергии осуществляется с помощью трансформаторов 9 и 7, включенных соответственно параллельно и последовательно с обмоткой статора. Трансформатор 7 позволяет обеспечить форсирование возбуждения при близких коротких замыканиях, когда напряжение на обмотке якоря существенно снижается. Система самовозбуждения имеет по сравнению с другими системами более высокую надежность и меньшую стоимость из-за отсутствия в ней возбудителя или вспомогательного генератора.

Важными параметрами систем возбуждения являются номинальная скорость нарастания напряжения возбуждения, номинальное напряжение возбуждении, кратность форсировки возбуждения.

Номинальное напряжение возбуждения - напряжение на выводах обмотки возбуждения при питании ее номинальным током возбуждения и сопротивлении обмотки, приведенном к расчетной рабочей температуре.

Кратность форсировки возбуждения - отношение наибольшего установившегося значения напряжения возбуждения к номинальному напряжению возбуждения.

В схеме возбуждения предусматривается специальное устройство, с помощью которого можно в аварийной ситуации достаточно быстро уменьшить ток возбуждения до нуля (погасить магнитное поле ). Например, при внутренних коротких замыканиях в обмотке статора гашение поля осуществляется с помощью автомата гашения поля, который замыкает обмотку возбуждения на специальный гасительный резистор.

Для удержания синхронной машины в синхронизме при снижении напряжения сети при удаленных коротких замыканиях прибегают к форсированию ее тока возбуждения. Форсирование производится автоматически релейной защитой машины. Эффективность форсировки характеризуется кратностью форсировки возбуждения.

Дмитрий Левкин

Конструкция синхронного электродвигателя с обмоткой возбуждения

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения, как и любой вращающийся , состоит из ротора и статора. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть. Статор обычно имеет стандартную трехфазную обмотку, а ротор выполнен с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения соединена с контактными кольцами к которым через щетки подходит питание.

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения (щетки не показаны)

Принцип работы

Постоянная скорость вращения синхронного электродвигателя достигается за счет взаимодействия между постоянным и вращающимся магнитным полем. Ротор синхронного электродвигателя создает постоянное магнитное поле, а статор – вращающееся магнитное поле.

Работа синхронного электродвигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора

Статор: вращающееся магнитное поле

На обмотки катушек статора подается трехфазное переменное напряжение. В результате создается вращающееся магнитное поле, которое вращается со скоростью пропорциональной частоте питающего напряжения. Подробнее о том, как посредством трехфазного напряжения питания образуется можно прочитать в статье " ".

Взаимодействие между вращающимся (у статора) и постоянным (у ротора) магнитными полями

Ротор: постоянное магнитное поле

Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока через контактные кольца. Магнитное поле создаваемое вокруг ротора возбуждаемое постоянным током показано ниже. Очевидно, что ротор ведет себя как постоянный магнит, так как имеет такое же магнитное поле (в качестве альтернативы можно представить, что ротор сделан из постоянных магнитов). Рассмотрим взаимодействие ротора и вращающегося магнитного поля. Предположим вы придали ротору начальное вращение в том же направлении как у вращающегося магнитного поля. Противоположные полюса вращающегося магнитного поля и ротора будут притягиваться друг к другу и они будут сцепляться с помощью магнитных сил. Это значит, что ротор будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле, то есть ротор будет вращаться с синхронной скоростью.

Магнитные поля ротора и статора сцепленные друг с другом

Синхронная скорость

Скорость с которой вращается магнитное поле может быть вычислена по следующему уравнению:

• где N s – частота вращения магнитного поля, об/мин,
• f – частота тока статора, Гц,
• p – количество пар полюсов.

Это значит, что скорость синхронного электродвигателя может очень точно контролироваться изменением частоты питающего тока. Таким образом эти электродвигатели подходят для высокоточных приложений.

Прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

Почему синхронные электродвигатели не запускаются от электрической сети?

Если ротор не имеет начального вращения, ситуация отличается от описанной выше. Северный полюс магнитного поля ротора будет притягиваться к южному полюсу вращающегося магнитного поля, и начнет двигаться в том же направлении. Но так как ротор имеет определенный момент инерции, его стартовая скорость будет очень низкой. За это время южный полюс вращающегося магнитного поля будет замещен северным полюсом. Таким образом появятся отталкивающие силы. В результате чего ротор начнет вращаться в обратную сторону. Таким образом ротор не сможет запуститься.

Демпферная обмотка - прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

Чтобы реализовать самозапуск синхронного электродвигателя без системы управления между наконечниками ротора размещается "беличья клетка", которая также называется демпферной обмоткой. При запуске электродвигателя катушки ротора не возбуждаются. Под действием вращающегося магнитного поля, индуцируется ток в витках "беличьей клетки" и ротор начинает вращаться подобно тому, как запускаются .

Когда ротор достигает своей максимальной скорости, подается питание на обмотку возбуждения ротора. В результате, как говорилось ранее, полюса ротора сцепляются с полюсами вращающегося магнитного поля и ротор начинает вращаться с синхронной скоростью. При вращении ротора с синхронной скоростью, относительное движение между белечьей клеткой и вращающимся магнитным полем равно нулю. Это значит, что отсутствует ток в короткозамкнутых витках, а следовательно "беличья клетка" не оказывает воздействия на синхронную работу электродвигателя.

Выход из синхронизма

Синхронные электродвигатели имеют постоянную скорость независящую от нагрузки (при условии что нагрузка не превышает макимально допустимую). Если момент нагрузки больше, чем момент создаваемый самим электродвигателем, то он выйдет из синхронизма и остановиться. Низкое напряжение питания и низкое напряжение возбуждения также могут быть причинами выхода двигателя из синхронизма.

Синхронный компенсатор

Синхронные электродвигатели могут также использоваться для улучшения коэффициента мощности системы. Когда единственной целью использования синхронных электродвигателей является улучшение коэффициента мощности их называют синхронными компенсаторами . В таком случае вал электродвигателя не соединяется с механической нагрузкой и вращается свободно.

Синхронные двигатели промышленного назначения получают электромагнитное возбуждение от независимого источника постян- ного тока. В качестве таких источников используют: генераторы постоянного тока (возбудители), которые могут располагаться на одном валу с синхронным двигателем (рис. 7.6,6) или приводиться во вращение отдельным двигателем (рис. 7.6,я); тиристорные управляемые выпрямители, которые могут получать питание от промышленной сети (рис. 7.6,в), либо от специального генератора переменного тока, располагаемого на одном валу с синхронным двигателем. В последнем случае (рис. 7.6,г) полупроводниковые выпрямители располагаются на роторе синхронной машины (система с вращающимися выпрямителями), поэтому не требуются щетки и кольца для подвода тока к обмотке возбуждения, т.е. синхронная машина становится бесконтактной.

Во время разгона, когда двигатель работает в асинхронном режиме, возбудитель может быть подключен к обмотке ротора при снятом напряжении возбудителя (схема с глухоподключенным возбудителем), а может быть отключен от обмотки возбуждения контактором КМ (см. схемы на рис. 7.1 и 7.6). В последнем случае обмотка возбуждения замыкается на сопротивление или замыкается накоротко. Оставлять концы обмотки возбуждения во время разгона разомкнутыми нельзя, так как в обмотке при больших скольжениях наводится значительная ЭДС скольжения.

При использовании в качестве возбудителя тиристорного преобразователя или вращающихся выпрямителей во время пуска обмотка возбуждения закорачивается через шунтирующие тиристоры.

Рис. а - от отдельного мотор-генератора; 6 - от генератора, расположенного на валу синхронного двигателя; в - от тиристорного возбудителя; г- от встроенного генератора

Рассмотрим схему на рис.7.6,в. При пуске двигателя в асинхронном режиме напряжение тиристорного преобразователя UD равно нулю. В обмотке возбуждения индуктируется переменная ЭДС скольжения, под действием которой через стабилитроны VD открываются вспомогательные тиристоры VS, и обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление R. Когда двигатель достигает подсинхронной скорости, ЭДС скольжения становится малой, стабилитроны запираются, и тиристоры VS отключают разрядное сопротивление, после чего в обмотку возбуждения подается постоянный ток от преобразователя UD.

В последние годы получили распространение возбудители, встроенные в конструкцию синхронной машины (см. рис. 7.6,г). Возбудитель состоит из синхронного генератора Г, ротор которого расположен на валу синхронного двигателя Д, неуправляемого выпрямителя, вспомогательных тиристоров VS и разрядных сопротивлений R2 и R3, также размещенных на валу синхронного двигателя. Регулирование тока возбуждения производится изменением тока возбуждения генератора Г. По достижении подсинхронной скорости цепи, шунтирующие обмотку возбуждения, размыкаются, и в обмотку подается постоянный ток, после чего двигатель втягивается в синхронизм, его скорость достигает синхронной, и в дальнейшем он работает в синхронном режиме.

Регулирование тока возбуждения двигателя при работе в синхронном режиме осуществляется, как правило, САР возбуждения. Она выполняет две основные функции. Первая - обеспечение устойчивой работы в синхронном режиме. При набросах нагрузки или при снижении питающего напряжения САР возбуждения форсирует (увеличивает) ток возбуждения, благодаря чему увеличивается максимальный момент двигателя в синхронном режиме (см. рис. 7.4). Вторая - осуществление автоматического регулирования реактивной мощности, циркулирующей в статорной цепи двигателя.

Структурная схема тока возбуждения строится обычно двухконтурной (рис. 7.7). Внутренний контур тока возбуждения служит для стабилизации заданного тока возбуждения. Регулятор тока возбуждения р () принимается пропорциональным или пропорционально-интегральным. Обеспечение поддержания постоянным заданного ф достигается формированием сигнала задания тока возбуждения с положительной обратной связью по значению действительного ф цепей статора:

Если ток возбуждения, соответствующий U B недостаточен для получения заданного коэффициента мощности при данной нагрузке, то компаундирующая обратная связь увеличивает ток возбуждения. Увеличение коэффициента повышает точность поддержания заданного ф, но вызывает колебания тока статора при приложении нагрузки. Для уменьшения колебательности тока статора в схеме предусмотрена гибкая обратная связь по действующему значению тока статора. Гибкую обратную связь формируют как дифференцирующее звено с фильтром.

Наиболее распространена система возбуждения генератора с помощью генератора постоянного тока, расположенного на одной оси с синхронным генератором (рис. 8.8).

Генератор постоянного тока работает обычно в режиме самовозбуждения с обмоткой возбуждения, включенной параллельно с обмоткой якоря. Напряжение с зажимов генератора постоянного тока через контактные кольца K 1 и K 2 подается на обмотку возбуждения генератора.

Для возбуждения генераторов большой мощности монтируют возбудитель переменного трехфазного тока и трехфазный выпрямитель (рис. 8.9).

В этом случае трехфазная обмотка возбудителя расположена на вращающейся части возбуждаемого генератора. На той же части смонтирован трехфазный выпрямитель. Достаточно просто запитывать якорь главного генератора. Якорь возбудителя может получать питание от внешнего источника постоянного тока или от дополнительного возбудителя постоянного тока, смонтированного на той же оси.

Для возбуждения трехфазного генератора может быть использован принцип самовозбуждения (рис. 8.10). Условия самовозбуждения генератора такие же, как и у генераторов постоянного тока.

Постоянный ток возбуждения получают от трансформатора возбуждения, так как в большинстве случаев напряжение возбуждения меньше напряжения сети и выпрямителя. Для регулирования тока возбуждения используют резистор возбуждения . Для поддержания постоянным напряжения генератора возбуждение может использоваться в электронных установках автоматического регулирования тока возбуждения.

Заключение

Основной целью написания пособия явилось изложение ма­териала теории и практики эксплуатации электромеханических устройств простым доступным языком без потери информативности содержания. Изучение физических основ функционирования электрических машин является солидной основой для понимания принципов построения других электромеханических устройств, которые используются на предприятиях различного профиля.

Бурное развитие новых технологий ставит перед производством ряд сложных научных и технологических проблем. В решении этих задач ключевая роль принадлежит энергетике. В условиях научно-технической революции темпы развития машиностроительного комплекса и, в частности, электромашиностроения во многом определяют технический прогресс в области энергетики, топливной промышленности, транспорта и связи, металлургии, станкостроения и приборо­строения, строительства, агропромышленного комплекса и др.

В настоящем учебном пособии изложены основы теории, особенности конструкции и режимы работы основных типов электрических машин, применяемых в промышленности. При этом отмечены современные тенденции развития этих машин, направ­ленные на повышение их надежности, энергетических пока­зателей, улучшения характеристик.

В целом, в настоящее время в развитии отечественного электромашиностроения наблюдаются следующие тенденции:

Улучшение конструкций магнитных систем, обмоток и систем охлаждения с целью снижения массы, габаритных размеров машин, потерь энергии в них; увеличение единичной мощности машин, частоты вращения и номинального напряжения, повышение надежности путем улучшения качества изоляции обмоток, устранения по возможности щеточных контактов и улучшения коммутации в коллекторных машинах; создание новых схем электрических машин, сочетающих в себе электромагнитную систему с элементами полупроводни­ковой техники (диодами, тиристорами, транзисторами), для по­вышения надежности, улучшения характеристик и расширения диапазона регулирования выходных параметров (тока, напряже­ния, частоты вращения и др.), создание линейных электродвигателей и двигателей возврат­но-поступатель­ного движения;

Разработка более технологичных конструкций машин малой и средней мощности и микромашин, приспособленных для массового и серийного производства; усовершенствование методов расчета электрических машин на основе применения ЭВМ, физического и математического моделирования; широкое применение стандартизации для основных пара­метров машин, элементов их конструкции, установочных раз­меров, способов охлаждения, защиты от воздействия внешней среды.

В решении поставленных задач ведущая роль принадлежит работникам отраслевых научно-исследовательских и проектно-конструкторских институтов. Существенную помощь работникам электро­промышленности оказывают также ученые и преподаватели высших учебных заведений.

Электрические машины, применяемые в схемах автоматики и теле­механики, весьма разнообразны по устройству, принципу действия, по функциям, которые они выполняют в различных, порой сильно отличающихся друг от друга автоматических схемах управления, регулирования и контроля.

В одной ограниченной по объему учеб­ными планами вузов книге практически невозможно дать описание всех применяемых элек­трических машин. Именно поэтому авторы данного пособия не ста­вили перед собой такой задачи, ограничившись лишь описанием устройства, принципа действия, основ теории и основных характе­ристик электрических машин, получивших наиболее широкое при­менение.

При желании более глубоко познакомиться с электрическими машинами, представленными в данном учебном пособии, конспективно, чи­татель может обратиться к специальной литературе.

Список литературы

1. Алексеев , А. Е. Конструкция электрических машин / А. Е. Алек­сеев . - М., 1958.

2. Арменский , Е. В. Электрические микромашины / Е. В. Ар­менский , Г. Б. Фалк . - М., 1984.

3. Бертинов , А. И. Электрические машины авиационной автоматики / А. И. Бертинов . - М., 1961.

4. Брускин , Д. Э. Электрические машины и микромашины /
Д. Э. Брускин , А. Е. Зарохович , В. С. Хвостов . - М., 1981.

5. Бут , Д. А. Бесконтактные электрические машины / Д. А. Бут . - М., 1985.

6. Виноградов , Н. В. Проектиро­вание электрических машин / Н. В. Виноградов , Ф. А. Горяинов , П. С. Сергеев . - М., 1969.

7. Важное , А. И. Электрические машины / А. И. Важное . - Л. : Энергия, 1969.

8. Винокуров , В. А. Электрические машины железнодорожного транспорта / В. А. Винокуров , Д. А. Попов . - М., 1986.

9. Вольдек , А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек . - Л.: Энергия, 1966.

10. Голъдберг , О. Д. Проектирование электрических машин /
О. Д. Голъдберг , Я. С. Гурин , И. С. Свириденко . - М., 1982.

11. Ермолин , Н. П. Электрические машины малой мощности / Н. П. Ермолин. – М., 1975.

12. Иванов-Смоленский , А. В. Электрические машины / А. В. Ива­нов-Смоленский . - М., 1980.

13. Кацман , М. М. Электрические машины / М. М. Кацман . - М., 1983.

14. Кацман , М. М. Электрические машины автоматических устройств / М. М. Кацман , Ф. М. Юферов . - М., 1979.

15. Копылов , И. П. Электрические машины / И. П. Копылов . - М., 1986.

16. Копылов , И. П. Электромеханическое преобразование энергии / И. П. Копылов . - М., 1973.

17. Костенко , М. П. Электрические машины. Ч. 1 / М. П. Кос­тенко , Л. М. Пиотровский . - Л., 1973.

18. Костенко , М. П. Электрические машины. Ч. 1. - Изд. 2-е /
М. П. Костенко , Л. М . Пиотровский. - Л. : Энергия, 1964.

19. Костенко , М. П. Электрические машины. Ч. 2. - Изд. 2-е /
М. П. Костенко , Л. М . Пиотровский. - Л. : Энергия, 1965.

20. Петров , Г. Н. Электрические машины / Г. Н. Пет­ров. - М., Госэнергоиздат, 1956. - Ч. I.

21. Петров , Г. Н. Электрические машины / Г. Н. Петров . - М., 1963. - Ч. II; 1968. - Ч. III.

22. Специальные электрические машины / под ред. А. И. Бертинова. - 1982.

23. Хрущев , В. В. Электрические машины систем автоматики / В. В. Хрущев . - Л., 1985.

Предисловие. 3

Введение. 4

Г л а в а 1. Основные физические законы функционирования
электрических машин. 9

Г л а в а 2. Общие вопросы машин постоянного тока. 13

2.1. Принцип действия машин постоянного тока. 13

2.2. Конструкция машин постоянного тока. 17

2.3. Обмотки якоря машин постоянного тока. 18

2.4. Эквипотенциальные соединения обмоток якоря. 31

2.5. Способы создания магнитного поля или способы возбуждения
машин постоянного тока. 34

2.6. ЭДС якорной обмотки машин постоянного тока. 36

2.7. Механический момент на валу машины постоянного тока. 39

2.8. Магнитное поле машины постоянного тока, работающей
в режиме холостого хода. 41

2.9. Магнитное поле нагруженной машины постоянного тока.
Реакция якоря. 42

2.10. Коммутация обмотки якоря машин постоянного тока. 45

Г л а в а 3. Двигатели постоянного тока. 49

3.1. Принцип действия двигателей постоянного тока. 49

3.2. Основные уравнения двигателя постоянного тока. 51

3.3. Потери и коэффициент полезного действия двигателей
постоянного тока. 51

3.4. Характеристики двигателей постоянного тока. 54

3.5. Пуск двигателей постоянного тока. 65

3.6. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока. 71

Г л а в а 4. Генераторы постоянного тока. 80

4.1. Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения. 80

4.2. Энергетическая диаграмма генераторов постоянного тока. 81

4.3. Основные характеристики генераторов постоянного тока. 86

4.4. Характеристики генератора с независимым возбуждением.. 86

4.5. Рабочая точка нагруженного генератора. 94

4.6. Характеристики генератора с параллельным возбуждением.. 95

4.7. Генераторы с последовательным возбуждением.. 100

4.8. Генераторы постоянного тока со смешанным возбуждением.. 101

4.9. Использование генераторов постоянного тока. 105

4.10. Параллельная работа генераторов. 106

Г л а в а 5. Трансформаторы.. 109

5.1. Принцип действия трансформаторов. 110

5.2. Конструкция однофазных трансформаторов. 112

5.3. Потери электрической энергии в трансформаторе и коэффициент полезного действия трансформатора. 114

5.4. Режим холостого хода трансформатора. 118

5.5. Работа трансформатора в режиме нагрузки. 121

5.6. Приведенный трансформатор и его схема замещения. 124

5.7. Экспериментальное определение параметров трансформатора. 129

5.8. Изменение выходного напряжения трансформатора
при изменении тока нагрузки. Внешняя характеристика
трансформатора. 132

5.9. Внешняя характеристика трансформаторов. 135

5.10. Трехфазные трансформаторы. Принцип действия трехфазных трансформаторов 137

5.11. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных
трансформаторов. 141

5.12. Специальные трансформаторы.. 145

5.13. Параллельная работа трансформаторов. 150

Г л а в а 6. Асинхронные машины.. 154

6.1. Магнитные поля асинхронных двигателей. Вращающееся
магнитное поле. 154

6.2. Эллиптические и пульсирующие магнитные поля. 160

6.3. Принцип действия асинхронного двигателя. 165

6.4. Конструкция асинхронного двигателя. 168

6.5. Обмотки асинхронных машин. 170

6.6. Электродвижущие силы статорной и роторной обмоток. 177

6.7. Магнитный поток асинхронных машин. 178

6.8. Векторная диаграмма асинхронного двигателя. 181

6.9. Электрическая схема замещения асинхронного двигателя. 184

6.10. Энергетические процессы асинхронной машины.. 186

6.11. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя. 188

6.12. Общее уравнение вращающего момента асинхронной машины.. 189

6.13. Уравнение механической характеристики асинхронного
двигателя. 191

6.14. Формула Клосса. 194

6.15. Эквивалентная схема замещения асинхронной машины
с намагничивающей цепью, приведенной к сетевым зажимам.. 196

6.16. Круговая диаграмма асинхронной машины. Построение диаграммы.. 198

6.17. Анализ круговой диаграммы.. 202

6.18. Пуск трехфазных асинхронных двигателей. 207

6.19. Пуск двигателей с фазным ротором.. 207

6.20. Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором.. 210

6.21. Двигатели со специальной роторной обмоткой и улучшенными пусковыми характеристиками. 214

6.22. Способы регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя 216

6.23. Рабочие характеристики асинхронных двигателей. 222

6.24. Работа асинхронного двигателя в различных режимах. 226

6.25. Работа асинхронной машины с фазным ротором в режиме
регулятора трехфазного напряжения. 227

6.26. Однофазные асинхронные двигатели. 228

6.27. Маркировка выводов асинхронного двигателя. 232

Г л а в а 7. Синхронные генераторы.. 234

7.1. Принцип действия синхронных машин. 234

7.2. Конструкция синхронной машины.. 237

7.3. Режим холостого хода генератора. 238

7.4. Реакция якоря синхронной машины.. 240

7.5. Векторные диаграммы напряжений трехфазного синхронного генератора 245

7.6. Изменение напряжения на выходе синхронного генератора. 249

7.7. Основные характеристики синхронного генератора. 253

7.8. Включение в сеть трехфазных генераторов или параллельная
работа генераторов переменного тока. 257

7.9. Угловые характеристики синхронных генераторов. 261

7.10. Мощность синхронизации и момент синхронизации. 264

7.11. Влияние тока возбуждения на режим работы синхронного
генератора. 264

7.12. Потери энергии и коэффициент полезного действия
синхронного генератора. 266

Г л а в а 8. Синхронные двигатели. 269

8.1. Принцип действия синхронных двигателей. 269

8.2. Векторная диаграмма напряжений синхронного двигателя. 270

8.3. Мощность и механический момент синхронного двигателя. 271

8.4. V -образные характеристики синхронных двигателей. 272

8.5. Характеристики синхронного двигателя. 274

8.6. Методы пуска синхронных двигателей. 275

8.7. Синхронные компенсаторы.. 277

8.8. Способы возбуждения синхронных машин. 277

Заключение. 280

Список литературы.. 282

Учебное издание

Горячев Владимир Яковлевич

Джазовский Николай Борисович

Николаева Елена Владимировна

Электромеханика

Редактор В. В. Чувашова

Технический редактор Н. А. Вьялкова

Корректор Н. А. Сидельникова

Компьютерная верстка Н. В. Ивановой

Сдано в производство 07.12.09. Формат 60x841/16.

Усл. печ. л. 16,74. Уч.-изд. л. 19,98.

Тираж 100. Заказ № 643. «С» 164.

_______________________________________________________

Издательство ПГУ

440026, Пенза, Красная, 40.