Введение
Трансформаторы
1.1. Назначение трансформаторов
1.2. Принцип работы трансформаторов
1.3. Режимы работы трансформаторов
1.4. Уравнения напряжений трансформатора
1.5. Уравнения магнитодвижущих сил и токов
1.6. Приведение вторичных величин к первичной обмотке
1.7. Электрическая схема замещения и векторная диагнамма трансформатора.
1.8. Трансформация трехфазных токов. Схемы, обозначения, основные соотношения.
1.9. Экспериментальное определение параметров схемы замещения трансформатора.
1.10. Выражение электрических величин и параметров трансформатора в относительных единицах.
1.11. Группы соединения обмоток трансформаторов.
1.12. Несимметричная нагрузка трехфазных трансформаторов. Метод симметричных составляющих.
1.13. Схемы замещения и сопротивления трансформатора для токов прямой и обратной последовательности.
1.14. Схемы замещения и сопротивления трансформатора для токов нулевой последовательности.
1.15. Параметры схем замещения нулевой последвоательности. Магнитные потоки нулевой последвоательности в трансформаторах. Сопротивление нулевой последвоательности.
1.16. Трансформация несимметричных токов.
1.14. Магнитные поля и ЭДС при несимметричной нагрузке.
1.15. Искажение симметрии вторичных напряжений при несимметричной нагрузке.
1.16. Внешняя характеристика трансформатора.
1.17. Магнитные поля и ЭДС при несимметричной нагрузке
1.18. Искажение симметрии вторичных напряжений при несимметричной нагрузке.
1.19. Внешняя характеристика трансформатора
1.20. Потери и КПД трансформатора.
1.21. Автотрансформаторы.
1.22. Параллельное включние трансформаторов.
Асинхронные машины.
2.1. Назначение и области применения асинхронных машин.
2.2. Устройства асинхронных двигателей.
2.3. Принцип действия асинхронных машин.
2.4. Магнитная цепь асинхронной машины.
2.5. Уравнения напряжений асинхронного двигателя.
2.6. Уравенния МДС и токов асинхронного двигателя.
2.7. Приведение параметров обмоток ротора и векторная диаграмма асинхронного двигателя.
2.8. Потери и КПД асинхронного двигателя.
2.9. Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя.
2.10. Добавочные электромагнитные моменты.
2.11. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.
2.12. Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором.
2.13. Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
2.14. Асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами.
2.15. Способы регулирования частоты вращения.
2.16. Регулирование частоты вращения изменением угловой скорости поля.
2.17. Регулирование частоты вращения без полезного использования мощности скольжения.
2.18. Регулирование частоты вращения с использованием мощности скольжения.
2.19. Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели.
Синхронные машины.
3.1. Назначение синхронных машин.
3.2. Устройство синхронных машин.
3.3. Принцип работы синхронной машины.
3.4. Возбуждение синхронных машин.
3.5. Работа синхронного генератора при холостом ходе.
3.6. Реакция якоря синхронной машины при симметричной нагрузке.
3.7. Уравнения напряжений на зажимах синхронного генератора.
3.8. Изменение напряжения при нагрузке.
3.9. Характеристика короткого замыкания, отношение короткого замыкания.
3.10. Внешние, регулировочные и нагрузочные характеристики синхронного генератора.
3.11. Потери и КПД синхронного генератора.
3.12. Параллельная работа синхронных машин.
3.13. Регулирование активной и реактивной мощности синхронного генератора.
3.14. U-образные характеристики синхронного генератора.
3.15. Электромагнитный момент и перегрузочная способность синхронной машины.
3.16. Синхронный двигатель и синхронный компенсатор.
Машины постоянного тока.
4.1. Назначение машин постоянного тока.
4.2. Принип работы машин постоянного тока.
4.3. Обмотки якоря.
4.4. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машины постоянного тока.
4.5. Магнитное поле машины постоянного тока.
4.6. Устранение вредного влияния реакции якоря.
4.7. Способы возбуждения машин постоянного тока.
4.8. Коммутация.
4.9. Причины искрения щеток.
4.10. Способы улучшения коммутации.
4.11. Генераторы постоянного тока.
4.12. Преобразование энергии в генераторах постоянного тока.
4.13. Характеристики генераторов постоянного тока.
4.14. Двигатели постоянного тока и их характеристики.
Лабораторные работы.
Лабораторная работа №1. Исследование однофазного трансформатора
Лабораторная работа №2. Исследование однофазного автотрансформатора.
Лабораторная работа № 3. Исследование схем и групп соединения обмоток трехфазного трансформатора.
Лабораторная работа № 4. Исследование трёхфазного трансформатора при несимметричной нагрузке.
Лабораторная работа № 5. Определение сопротивления нулевой последовательности трехфазного трансформатора.
Лабораторная работа №6. Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Лабораторная работа №7. Испытание генератора пoстоянного тока
Лабораторная работа №8. Исследование двигателя постоянного тока
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
«Электрические машины» являтся базовой дисциплиной для большинства специальностей и направлений подгтовки, связанных с электроэнергетикой и электротехникой. В курсе «Электрические машины» рассматриваются принцип действия и характеристики трансформаторов электрической энергии и вращающихся электрических машин. Из-за повсеместного применения электрических машин и трансформаторов во всех отраслях экономики сложно переоценить актуальность изучения дисциплины, особенно для специалиста-электроэнергетика. Построение систем электроснабжения базируется на использовании электрических машин. Большая часть электрической энергии вырабатывается синхронными генераторами на электрических станциях. Систем передачи электрической энергии на большие расстояния требуют применение трансформаторов. Главным потребителем электрической энергии являются устройства электропривода, в основе которых также электрические машины – электродвигатели постоянного или переменного тока.
Создание электрических машин и трансформаторов возможно благодаря электромагнитным взаимодействям. Как правило, такие взаимодействия осуществляются через магнитное поле с высокой энергией, которое концентрируется в малом объеме. В основе действия таких машин лежат уравнения теории электромагнитного поля в форме закона электромагнитной индукции М. Фарадея и закона А.-М. Ампера. Явление электромагнитной индукции состоит в образовании (индукции) в замкнутом проводящем контуре электродвижущей силы (ЭДС), которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. В электрических машинах роль проводящего контура играет виток обмотки. Изменение магнитного потока может происходить при изменении величины самого поля или при движении витка в магнитном магнитном поле. В результате действия индуцированной ЭДС возникает электрический ток. На проводник с током, находящимся в магнитном поле, действует сила, величина которой количественно определяется по закону Ампера.
В этом случае, машины относятся к индуктивным. Существует принципиальная возможность создания электрических машин на основе взаимодействия электрических полей, однако такие машины не имеют распространения по причине, с одной стороны, проблемы накопления и концентрации больших зарядов в ограниченном объеме, с другой, со значительными потерями энергии на токи утечки.
Во вращающихся электрических машинах происходит электромеханическое преобразование энергии. В трансформаторах преобразуется электрическая энергия одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения. К основным типам вращающихся электрических машин относят асинхронные машины, синхронные машины и машины постоянного тока. Все типы электрических машин обратимы, т.е. могут работать в двигательном режиме при потреблении энергии из электрической сети и преобразовании ее в механическую энергию или в генераторном режиме при преобразовании механической энергии первичного двигателя в электрическую энергию.
Одно- и трехфазные асинхронные электрические машины переменного тока в большинстве случаев используются как двигатели в электроприводе промышленного и бытового назначения. Они дешевле других типов электрических машин и надежны в эксплуатации.
Синхронные машины применяются, главным образом, в качестве генераторов. Основная часть электрической энергии вырабатывается синхронными турбо- и гидрогенераторами. Применение получили также синхронные двигатели благодаря свойству поддержания постоянной частоты вращения при переменной нагрузке. Синхронные машины могут использоваться в качестве компенсаторов реактивной мощности индуктивного или емкостного характера.
Машины постоянного тока могут использоваться как двигатели, генераторы, электромашинные усилители и преобразователи постоянного напряжения. Двигателей постоянного тока имеют распространение благодаря простоте регулирования частоты вращения и высокому КПД во всем диапазоне частот.
Существует большое разнообразие вращающихся электрических машин и трансформаторов электрической энергии, отличающихся конструкцией, назначением, характеристиками, принципом действия, массогабаритными показателями. Все эти машины неспотря на множество отличий сводятся к основным типам, рассматриваемым в данном пособии.
ТРАНСФОРМАТОРЫ
Назначение трансформаторов
Трансформатор (от лат. transformo – преобразовывать) – статический электромагнитный аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
Типы трансформаторов:
1. Силовые трансформаторы. Предназначены для преобразования напряжений и распределения электрической энергии в электрических сетях и энергосистемах. Внешний вид силовых трансформаторов показан на рисунке 1.
2. Автотрансформаторы. Предназначены для преобразования напряжения в небольших пределах.
3. Измерительные трансформаторы. Для включения в схемы измерительных приборов.
4. Трансформаторы специального назначения: сварочные, печные, испытательные, для вентильных преобразователей, для преобразователей частоты и т.д. Существует большое количество типов трансформаторов, позволяющих изменять частоту, число фаз, форму выходного напряжения.
а)
| 
б)
|
Рис. 1. Внешний вид силовых однофазного (а) и трехфазного (б) трансформаторов.
