Назначение электрических машин и трансформаторов

Электрификация — это широкое внедрение в про­мышленность, сельское хозяйство, транспорт и быт электрической энергии, вырабатываемой на мощных электростанциях, объединенных высоковольтными электрическими сетями в энергетические системы.

Электрификация осуществляется посредством электротехнических изделий, производством кото­рых занимается электротехническая промышлен­ность. Основной отраслью этой промышленности является электромашиностроение, занимающееся разработкой и производством электрических машин и трансформаторов.

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической и электри­ческой энергии. Электрическая энергия выраба­тывается на электростанциях электрическими машинами — генераторами, преобразующими меха­ническую энергию в электрическую. Основная часть электроэнергии (до 80 %) вырабатывается на тепло­вых электростанциях, где при сжигании химическо­го топлива (уголь, торф, газ) нагревается вода и пе­реводится в пар высокого давления. Последний подается в турбину, где, расширяясь, приводит ро­тор турбины во вращение (тепловая энергия в тур­бине преобразуется в механическую). Вращение ро­тора турбины передается на вал генератора (тур­богенератора). В результате электромагнитных про­цессов, происходящих в генераторе, механическая энергия преобразуется в электрическую.

Процесс производства электроэнергии на атом­ных электростанциях аналогичен тепловым, с той лишь разницей, что вместо химического топлива используется ядерное.

Процесс выработки электроэнергии на гидрав­лических электростанциях состоит в следующем: вода, поднятая плотиной на определенный уровень, сбрасывается на рабочее колесо гидротурбины; по­лучаемая при этом механическая энергия путем вращения колеса турбины передается на вал элек­трического генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую.

В процессе потребления электрической энергии проис­ходит ее преобразование в другие виды энергий (тепловую, меха­ническую, химическую). Около 70 % электроэнергии используется для приведения в движение станков, механизмов, транспортных средств, т. е. для преобразования ее в механическую энергию. Это преобразование осуществляется электрическими машинами — электродвигателями.

Электрическую энергию, вырабатываемую на электростан­циях, необходимо передать в места ее потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и тысячи ки­лометров. Но электроэнергию недостаточно передать. Ее необ­ходимо распределить среди множества разнообразных потреби­телей — промышленных предприятий, транспорта, жилых зданий и т. д. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500 кВ и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится неоднократно повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых трансформаторами. Трансформатор не является электрической машиной, так как его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Кроме того, трансформатор — это ста­тическое устройство, и в нем нет никаких движущихся частей. Однако электромагнитные процессы, протекающие в трансформаторах, аналогичны процессам, происходящим при работе электрических машин. Более того, электрическим машинам и трансформаторам свойственна единая природа электромагнит­ных и энергетических процессов, возникающих при взаимодей­ствии магнитного поля и проводника с током. По этим причинам трансформаторы составляют неотъемлемую часть курса элек­трических машин.