Содержание
Электрические машины
В качестве энергоносителя в электрической машине может быть использовано как магнитное, так и электрическое поле. Машины, в которых для преобразования энергии используется магнитное поле, называются индуктивными, а те, в которых используется электрическое поле, — емкостными. Возможно также совместное использование магнитного и электрического полей. Такие машины называются индуктивно-емкостными.
На практике наибольшее распространение получили индуктивные машины.
Принято различать электромеханические преобразователи в зависимости от цели преобразования энергии на:
- генераторы — источники электрической энергии;
- электродвигатели — источники механической энергии;
- специальные электрические машины — электромеханические преобразователи с более сложным целевым назначением
Современные электрические машины имеют самое разнообразное конструктивное исполнение и могут реализовывать различные роды напряжения и тока, а также различные виды движения — вращательное, колебательное, линейное и т.
д.
Диапазон мощностей современных электрических машин составляет 10-17 — 109 Вт. На рисунке 1 показаны области распространения и зоны использования емкостных (график 1), индуктивно-емкостных (график 2) и индуктивных (график 3) электрических машин. Электрическая машина является весьма экономичным преобразователем энергии.
Рисунок 1 – Области распространения электрических машин
Для управления современными электрическими машинами используются сложные электронные системы, которые конструктивно объединяются с электромеханическим преобразователем и образуют так называемую электромеханотронную систему, выступающую как единый технический комплекс. Все это существенно расширяет функциональные возможности электрических машин и обеспечивает их широкое внедрение во все сферы производственной и бытовой деятельности человечества [1].
Основополагающие законы электромеханического преобразования энергии в индуктивных машинах
Закон Ампера
Согласно закону, установленному Ампером, на проводник с током в магнитном поле действует сила
,
- где F – сила, Н,
- I – сила тока, А,
- – длина проводника, м,
- B — магнитная индукция, Тл,
- — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции, град.
Направление этой силы определяется по правилу «левой руки».
Закон электромагнитной индукции Фарадея
Открытие электромагнитной индукции в 1831 году Фарадеем — одно из фундаментальных открытий в электродинамики. Максвеллу принадлежит следующая углубленная формулировка закона электромагнитной индукции:
Всякое изменение магнитного поля во времени возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле.
Циркуляция вектора напряженности E этого поля по любому неподвижному замкнутому контуру s определяется выражением [3] [4]
,
- где E – напряженность электрического поля, В/м,
- ds – элемент контура, м,
- Ф — магнитный поток, Вб,
- t — время, с
Электродвижущая сила индукции возникающая в замкнутом контуре, равна скорости изменения во времени потока магнитной индукции
,
- где – электродвижущая сила индукции, В
Знак «-» показывает, что индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.
Вращающаяся электрическая машина — электротехническое устройство, предназначенное для преобразования энергии на основе электромагнитной индукции и взаимодействия магнитного поля с электрическим током, содержащее, по крайней мере, две части, участвующие в основном процессе преобразования и имеющие возможность вращаться или поворачиваться относительно друг друга [2].
Вращающаяся машина постоянного тока, или машина постоянного тока — вращающаяся электрическая машина, основной процесс преобразования энергии в которой обусловлен потреблением или генерированием только постоянного электрического тока.
Вращающаяся машина переменного тока — вращающаяся электрическая машина, основной процесс преобразования энергии в которой обусловлен потреблением или генерированием переменного электрического тока.
Виды вращающихся электрических машин
По характеру магнитного поля в основном воздушном зазоре
Одноименнополюсная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой нормальная составляющая магнитной индукции во всех точках основного воздушного зазора имеет один и тот же знак.
Разноименнополюсная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой нормальная составляющая магнитной индукции в различных участках основного воздушного зазора имеет разные знаки.
Явнополюсная машина — разноименнополюсная машина, в которой полюса выступают в сторону основного воздушного зазора.
Неявнополюсная машина — разноименнополюсная машина с равномерным основным воздушным зазором.
- А.И.Вольдек, В.В.Попов. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы. Учебник для вузов.-СПб.: Питер, 2007.
- ГОСТ 27471-87 Машины электрические вращающиеся. Термины и определения.
- И.В.Савельев. Курс общей физики, том II. Электричество.-М.:Наука, 1970.
- Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Т.III. Электричество.-М.:Наука, 1977.
Библиографический список
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ судовые — Словарь морских терминов на Корабел.
ру
Словарь морских терминов
|
Генератор постоянного тока отличается от синхронного тем, что его обмотка возбуждения расположена на статоре, а ротор (якорь) подключен к коллектору, представляющему собой электромеханический выпрямитель. Ток нагрузки снимается с контактных щеток. Генераторы на судах часто работают параллельно. В этом режиме между синхронными генераторами необходимо распределять активную и реактивную нагрузки. Суммарная активная нагрузка всех параллельно работающих генераторов определяется суммой всех активных составляющих токов потребителей, т. е. тех частей нагрузки, которые преобразуются либо в теплоту, либо в механическую работу. Доля активной нагрузки каждого из параллельно работающих генераторов зависит от настройки регулятора частоты вращения первичного двигателя соответствующего генератора. При одинаковой настройке генераторы будут иметь равные величины активной нагрузки. Если в случае аварии первичный двигатель одного из генераторов прекратит преобразование энергии топлива в активную мощность электрогенератора, то последний сбросит нагрузку и перейдет в двигательный режим.
Соответственно активная мощность генератора называется обратной мощностью. Режим двигательной нагрузки на судах не допускается, поэтому генератор отключается от ГРЩ специальной защитой от обратной мощности. Суммарная реактивная нагрузка параллельно включенных синхронных генераторов определяется суммой реактивных токов потребителей, т. е. таких составляющих общего тока, которые служат только для создания магнитных полей обмоток асинхронных двигателей, генераторов и др. электромагнитных элементов. Доля реактивной нагрузки каждого генератора устанавливается настройкой его регулятора напряжения. Реактивные токи увеличивают вредные тепловыделения электрооборудования за счет нагрева проводов и кабелей, поэтому конструкторы электрических машин стремятся снизить эти токи до возможного минимума. К судовым генераторам переменного тока предъявляются требования по качеству напряжения, в т. ч. по точности соответствия синусоиде формы кривой мгновенных значений тока и напряжения. Искажение формы (величина отклонения от синусоиды) не должно превышать нескольких процентов.
Нагрузка в виде управляемых выпрямителей или инверторов искажает форму кривой переменного тока генераторов и вызывает пульсации напряжения генераторов постоянного тока, что может неблагоприятно отразиться на работе судовых потребителей. Наиболее распространенным видом электродвигателя на судах является трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель переменного тока. На его статоре размещена обмотка, подключаемая к сети, а обмотка ротора представляет собой цилиндр из магнитного материала с заложенными в пазы алюминиевыми стержнями, замкнутыми накоротко. Вращающий момент электродвигателя создается в результате взаимодействия потока обмотки статора и токов, наведенных в обмотке ротора. Частота вращения двигателя зависит от частоты сети и схемы обмоток. В многоскоростных двигателях на статоре располагаются 2 — 4 обмотки. Электродвигатель постоянного тока кроме обмоток статора и ротора имеет коллектор со щетками. Применяют также вентильные двигатели, в которых коллекторный аппарат заменен тиристорным переключателем.
Двигатели постоянного тока большой мощности, например гребные, выполняются с 2 обмотками якоря и соответственно с 2 коллекторами для уменьшения нагрузки. Включение напряжения на электродвигатели при пуске производится с помощью контактора — аппарата, подобного электромагниту. При подаче питания в катушку контактора происходит сближение контактов электрической цепи двигателей. Контактор с др. элементами пусковой схемы образует т. н. пускатель. Для ограничения пускового тока электродвигателей в их цепи включают пусковые сопротивления.Что такое электрическая машина?
Электрическая машина представляет собой устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую или наоборот.
Электрические машины также включают трансформаторы, которые фактически не выполняют преобразование между механической и электрической формами, но преобразуют переменный ток с одного уровня напряжения на другой уровень напряжения.
Электрический генератор:
Электрический генератор представляет собой электрическую машину, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. В нем говорится, что всякий раз, когда проводник движется в магнитном поле, внутри проводника индуцируется ЭДС. Это явление называется действием генератора.
Генератор в основном состоит из статора и ротора. Механическая энергия передается ротору генератора с помощью первичного двигателя (т.е. турбины). Турбины бывают разных типов, такие как паровая турбина, водяная турбина, ветряная турбина и т. Д. Механическая энергия также может обеспечиваться двигателями внутреннего сгорания или аналогичными другими источниками.
Чтобы узнать больше о том, как работают генераторы, прочитайте следующие статьи.
- Генератор переменного тока (преобразует механическую энергию в электричество переменного тока)
- Генератор постоянного тока (преобразует механическую энергию в электричество постоянного тока)
Электродвигатель:
Двигатель – это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Когда проводник с током помещается в магнитное поле, проводник испытывает механическую силу, и это принцип действия двигателя.
Как и генераторы, двигатели также состоят из двух основных частей: статора и ротора. Во многих типах двигателей электропитание должно обеспечиваться как для обмотки статора, так и для обмотки ротора. Но в некоторых типах, таких как двигатели с фиксированным магнитом и асинхронные двигатели, питание может быть необходимо только для одной обмотки. Электромагнитная сила между двумя обмотками заставляет ротор вращаться.
Чтобы узнать больше об электродвигателях, прочитайте следующие статьи.
- Двигатели переменного тока: (i) асинхронные двигатели и (ii) синхронные двигатели
- Двигатели постоянного тока: (i) коллекторный двигатель постоянного тока и (ii) бесщеточный двигатель постоянного тока
Трансформаторы:
Трансформаторы на самом деле не преобразуют механическую энергию в электрическую, а передают электроэнергию из одной цепи в другую. Они могут увеличивать или уменьшать (повышать или понижать) напряжение при передаче мощности без изменения частоты, но с соответствующим уменьшением или увеличением тока. Входная мощность и выходная мощность электрического трансформатора в идеале должны быть одинаковыми.
Повышающие трансформаторы повышают уровень напряжения с первичной на вторичную, но с соответствующим уменьшением тока. Принимая во внимание, что понижающий трансформатор снижает уровень напряжения с соответствующим увеличением тока, чтобы поддерживать постоянную мощность.
Вы можете найти статьи, связанные с электрическими машинами по следующей ссылке —
Указатель электрических машин
Электрические машины | Electriceasy.com
Электрические машины | Electriceasy.com
Объявления
- Что такое электрическая машина?
Определение и виды «электрической машины». - Правило левой руки Флеминга и правило правой руки
Для определения направления движения в двигателях или направления тока в генераторах.
- Закон Фарадея и закон Ленца
Законы электромагнитной индукции. - Правило правой руки Максвелла
Направление магнитного поля вокруг прямого проводника с током.
- Классификация машин постоянного тока
Различные типы генераторов постоянного тока и двигателей постоянного тока. - Генераторы постоянного тока
Конструкция и работа генератора постоянного тока. - Обмотка якоря
Намотка внахлестку, волновая обмотка и другие родственные термины. - Реакция якоря
Реакция якоря в машинах постоянного тока и ее побочные эффекты. - Уравнение ЭДС и крутящего момента
Уравнение ЭДС генератора постоянного тока и уравнение крутящего момента двигателя постоянного тока. - Характеристики генераторов постоянного тока
Внутренние (E/Ia), внешние (V/I L ) и характеристики разомкнутой цепи. - Потери в машине постоянного тока
Потери в меди, потери в железе (потери в сердечнике), механические потери, схема потока мощности. - Работа двигателя постоянного тока
Как работает двигатель постоянного тока? - Характеристики двигателей постоянного тока
Характеристики крутящего момента в зависимости от тока якоря, скорости в зависимости от тока якоря и скорости в зависимости от крутящего момента. - Методы пуска двигателя постоянного тока
3-точечный пускатель, 4-точечный пускатель и серийный пускатель двигателя. - Управление скоростью двигателя постоянного тока
Различные методы управления скоростью двигателя постоянного тока. - Электрическое торможение двигателей постоянного тока
Различные методы электрического торможения двигателей постоянного тока. - Параллельная работа шунтирующих генераторов
Параллельная работа 2-х шунтирующих генераторов постоянного тока. - Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами
Электродвигатели постоянного тока с постоянными магнитами. - Бесщеточный двигатель постоянного тока
Конструкция и работа бесщеточных двигателей постоянного тока.
Машины постоянного тока
- Асинхронный двигатель
Принцип работы и типы асинхронного двигателя. - Трехфазный асинхронный двигатель
Конструкция, работа и типы. - Вращающееся магнитное поле
Производство вращающегося магнитного поля (rmf). - Уравнение крутящего момента 3-х фазного двигателя IM
Пусковой крутящий момент и рабочий крутящий момент, условие максимального крутящего момента. - Пуск трехфазного АД
Использование первичных резисторов, автотрансформаторов и пускателей звезда-треугольник. - Регулирование скорости асинхронного двигателя
Различные методы регулирования скорости асинхронных двигателей. - Типы двигателей с короткозамкнутым ротором
Классы A, B, C, D, E и F. - Двигатель с двойным короткозамкнутым ротором
Конструкция и работа двигателя с двойным короткозамкнутым ротором. - Сползание и зацепление
Сползание и зацепление в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором. - Однофазный двигатель
Принцип работы однофазного асинхронного двигателя. Почему однофазный АД не запускается самостоятельно? - Синхронный генератор переменного тока (альтернатор)
Конструкция и работа генератора переменного тока. - Синхронизация генератора
Подключение генератора к сети. - Асинхронный генератор
Как работает асинхронный генератор? - Синхронный генератор и асинхронный генератор
Разница между синхронным генератором и асинхронным генератором. - Синхронный двигатель
Конструкция и работа синхронного двигателя. - Синхронный двигатель против асинхронного двигателя
Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем. - Ротор с явно выраженными полюсами и ротор с неявнополюсными роторами
Сравнение ротора с явно выраженными полюсами и ротора с неявнополюсными роторами.
Машины переменного тока
- Трансформатор
Конструкция, работа и типы трансформаторов. - Идеальный трансформатор
Характеристики идеального трансформатора. - Уравнение ЭДС и коэффициент трансформации напряжения
Уравнение ЭДС трансформатора и коэффициент трансформации напряжения. - Трансформатор с сопротивлением и реактивным сопротивлением рассеяния
Магнитная утечка и практичный трансформатор с сопротивлением и реактивным сопротивлением рассеяния. - Потери и КПД трансформатора
Потери в меди, потери в сердечнике (потери в стали). - Эквивалентная схема
Нахождение эквивалентной схемы трансформатора. - Испытание трансформатора на обрыв цепи и короткое замыкание
Испытание трансформатора на обрыв цепи (OC) и короткое замыкание (SC). - Тест Сампнера или взаимный тест
Испытание Сампнера или последовательное испытание трансформатора. - Автотрансформатор
Как работает автотрансформатор? - Трехфазный трансформатор
Работа и типы трехфазных трансформаторов. - Соединения трехфазного трансформатора
Звезда-звезда, звезда-треугольник и другие подобные конфигурации. - CT и PT
Трансформатор тока (CT) и трансформатор напряжения (PT) - Охлаждение трансформатора
Различные методы охлаждения трансформаторов. - Параллельная работа трансформаторов
Необходимость и условия параллельной работы. - Реле Бухгольца
Работа реле Бухгольца и его преимущества.
Трансформеры
- Краткое введение в схемы
Серийно-параллельные цепи, напряжение и ток, закон Ома, интегральные схемы - Основы силовой электроники
Диоды, ГТО, транзисторы и др.
