Электрические машины

1.

Электрические машины

2.

ЛИТЕРАТУРА
1 А.И. Вольдек, В.В. Попов «Электрические машины ч.1»
2. А.И. Вольдек, В.В. Попов «Электрические машины ч.2»
3. А.И. Вольдек «Электрические машины»
Разделы курса:
1 Машины постоянного тока.
2 Трансформаторы.
3 Машины переменного тока.
а) Асинхронные машины.
б) Синхронные машины.

3.

.
Закон электромагнитной индукции и закон Ампера
d
e
dt
de B[dl v]
eпр B l v
f э Bli
f э dl B i

4.

Правило правой руки
Правило левой руки

5.

ОЩИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
1 Наличие ферромагнитного сердечника.
B=µH
2 Обратимость электрических машин
3 Высокий КПД η=98% – 99%
4 Нагрев машин
Номинальная мощность – полезная мощность на которую рассчитана машина.
Режим работы, при котором величины напряжения, тока, частоты вращения
и др. достигают своих номинальных значений, называется номинальным.

6.

Схема работы машины
постоянного тока
N
A
- S
B
М вр

7.

Коллектор – выпрямитель ( для генератора)
– инвертор (для двигателя)
Принцип работы коллектора МПТ – генератора
а)
b
n
Bδ
Bδ
a
d
Генератор
c
б)
Va
Va
t
1 оборот
n – частота вращения
p – число пар полюсов

8.

Упрощенное изображение машины постоянного тока
Соединение секций обмотки с коллектором

9.

á)
Г
N
íá
e
Ia
i
n
i
Ä2
Mý
Ø2
Ea
Ä1
e
ñá
Ø1
S
à)
N
íá
Ia
Ä1
i
e
n
Ea
e
i
ñá
Ø1
Mý
Д
Ä2
íá
S
епр=BLV
Fпр=BLIa
Ea=2BLV
Mэм=BLDaIa
Ø
2

10.

Уравнения напряжений
Г
Д
Мв = Мэм + Мтр + Мс
Pэм = Мэм Ω
Pэм = 2BLDaIaπn = 2BLVIa = EaIa
Г
Д
Ua = Ea - Iara
Ua = Ea + Iara
Ua = Ea - Iara
Ua = Ea + Iara
Мэм = Мв + Мтр + Мс
Ω = 2πn
Pa = EaIa
Ua Ia = Ea Ia – I2a ra
Ua Ia = Ea Ia + I2a ra
Pэм = Pa

11.

Схематичный разрез МПТ

12.

13.

14.

Магнитная цепь МПТ при холостом ходе
Фδ=f(iв)
Фδ – поток в воздушном зазоре δ, приходящийся на один полюс

15.

H dl i
H 2 H z 2hz H m 2hm H a 2 La H j 2 L j 2wв iв
2 F 2 Fz 2 Fm 2 Fa 2 F j 2 F 2 Fс 2 Fв

16.

Магнитное поле воздушного зазора
bδ – расчетная полюсная дуга
τ – полюсное деление

17.

Эквивалентный воздушный зазор
δ’=kδ δ

18.

Фm=σ Фδ
σ = 1,1 – 1,25
Фδ=f(Fв) или Фδ=f(iв)

19.

Кривая намагничивания МПТ
Коэффициент насыщения
Fс
bc
k 1
1
F
ab
k 1,25 1,45

20.

Реакция якоря в машинах постоянного тока
а)
НБ
б)
в)
CБ
. Картина
магнитного поля:
а — продольное поле; б — поперечное поле; в — общее поле МПТ

21.

22.

Линейная токовая нагрузка якоря
N ia
N I a см I a
Aa
Da Da 2a p Da
N –полное число проводников
обмотки якоря
МДС поперечной реакции якоря- это МДС
распределённой обмотки
Faqx=Haqxδ’
2Faqx 2 Aa x
ñáä
Faqm
íá ä
ñáã
íá ã
x - расстояние от оси полюса
Aa
2
N
Faqm
nä
nã
x
Faqx

23.

24.

25.

Компенсационная обмотка
N
КО
wc — число витков секции
потенциальное искрение
n
Аа = Ак
Fk x
Fa qx

26.

ЭДС обмотки якоря
eпр B l v a B l Da n B l 2 p n
N –полное число проводников обмотки якоря
се
Ω=2πn
pN
a
се
pN
см
2 2 a

27.

При укороченном или удлиненном шаге обмотки

28.

Электромагнитный момент МПТ
Da
Da
mэ
fэ
B l ia
2
2
- элементарный момент, создаваемый
током одного проводника

29.

- поток всех полюсов
- ток всех проводников якоря

30.

КОММУТАЦИЯ В МАШИНАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Коммутацией называется совокупность явлений, связанных с переходом секции из
одной параллельной ветви в другую и изменением направления тока секции на
противоположное.
a)
ia
ia
Причины искрения между щётками и
коллектором:
а) механические (дефекты при изготовлении и
эксплуатации — овальная форма коллектора,
неплотное прилегание щёток к коллектору,
вибрация щёток в щёткодержателе,
выступание изоляционных прокладок из-за
износа коллекторных пластин)
б) электромагнитные (связаны с
неравномерным распределением плотности
тока под щёткой)
Потенциальное искрение
S
k
1
i1
1
2
2
3
n
б)
2ia
ia
S
i
ia
1
i1
1
i2
2
2
3
n
2ia
c)
ia
ia
1
1
i2
2
2
3
3
4
n
2ia
Положения секции в процессе коммутации

31.

Уравнение коммутации
Допущение ( классическая теория коммутации):
будем считать сопротивления щеточного контакта постоянными, не зависящими
от тока и обратно пропорциональными площади перекрытия щёткой
коллекторной пластины
Уравнение ЭДС секции, находящейся в процессе коммутации:
Rсi Rпi1 rщ1i1 rщ2i2 Rпi2 e
e
-
сумма ЭДС, индуктируемых в коммутируемой секции
Ток в коммутируемой секции
t
i ia 1 2 iкд iко iкд
Tк
iко
Tк
- период коммутации
(около 0,001сек)
- основной ток коммутации ( изменяется по линейному закону)
e
iкд
Rс 2 Rп rщ1 rщ2
-добавочный ток коммутации

32.

Изменение тока в коммутируемой секции
а)
ia
б)
iк0
Σe>0 iкд
Σe<0
t
-ia
в)
ia
Tк
Tк
г)
i
t
ia
i
-ia
-ia
Tк
t
Tк
а — основной ток коммутации; б — добавочный ток коммутации; в —
замедленная коммутация; г — ускоренная коммутация

33.

34.

:
.
.
ЭДС в коммутируемой секции
1. ЭДС самоиндукции ( всегда препятствует изменению тока в контуре):
di
eL Lс 0
dt
2. ЭДС взаимоиндукции
( существует если одновременно с данной секцией коммутируют другие секции,
стороны которых находятся в одном пазу с рассматриваемой секцией) .
eM
eL eM er
di
M
0
dt
N
- реактивная ЭДС
3. ЭДС от поля поперечной реакции якоря
(поддерживает ток прежнего направления)
б)
Фря
n
N
Фря
Г
Д
S
S
Для борьбы с этими ЭДС в контуре коммутируемой секции надо
создать противоположную по направлению и компенсирующую их ЭДС
пропорциональную току якоря.
Такая ЭДС называется коммутирующей ЭДС k
e
n

35.

Способы улучшения коммутации
1 Создание коммутирующей ЭДС
(установка добавочных полюсов или сдвиг щеток с геометрической нейтрали)
2. Уменьшение реактивной ЭДС
3. Увеличение сопротивления цепи коммутируемой секции
Установка добавочных полюсов
Их магнитный поток должен быть направлен навстречу потоку
поперечной реакции якоря
а)
Nд
б)
N
Фд
Г
S
n
Sд
Sд
N
Фд
Д
S
Ярмо
n
Nд
ДП
Якорь
Немагнитные
прокладки
Добавочный
полюс

36.

Улучшение коммутации путем сдвига щеток