ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ - Лекции
.pdf
11
Вряде электрических машин магнитный поток создается не обмотками с током, а постоянными магнитами, выполненными из магнитотвердых материалов.
Ту часть машины, которая создает магнитный поток, называют индуктором,
ачасть, в обмотках которой индуцируется ЭДС – якорем.
Взависимости от конструкции магнитной системы электрические машины можно подразделить на неявнополюсные (рис. В.3,а), с явнополюсным статором (рис. В.3,б) и с явнополюсным ротором (рис. В.3,в).
Обмотки электрических машин состоят из катушек, которые могут быть одноили многовитковыми. Часть катушки, лежащая в пазу называется активной частью (рис.В.4,1), лобовая часть (рис. В.4,2) служит для соединения активных сторон друг с другом.
а) |
б) |
в) |
|
Рис. В.3. Магнитные системы электрических машин |
|
||
|
Обмотки |
бывают |
сосредоточенными |
или |
2 |
распределенными. |
В сосредоточенных обмотках |
ось |
|
|
каждого витка |
совпадает с осью обмотки |
||
1(трансформаторы, обмотки возбуждения в явнополюсных машинах). В распределенных обмотках
катушки укладываются в пазах и как бы «размазываются» по поверхностям статора и ротора
(неявнополюсные машины).
Распределение проводников стремятся выполнить таким образом, чтобы закон изменения взаимной индуктивности между обмотками статора и ротора был бы максимально близким к синусоидальному. В этом случае создаются наилучшие условия для преобразования энергии с минимальными потерями.
Статор и ротор с обмотками называются активными частями машины. Конструктивные элементы – станина, подшипниковые щиты, подшипники и т.д. служат для придания машине жесткости и прочности, а также для обеспечения вращения ротора внутри статора.
§ В.4. Потери мощности в электрических машинах
Процесс преобразования энергии в электрических машинах сопровождается потерями мощности. К ним относятся магнитные потери в сердечниках и электрические потери в обмотках.
Потери в сердечниках (их называют потерями в стали) складываются из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи, что находится в полном соответствии с явлениями, имеющими место в сердечнике: перемагничивание стали при изменении магнитной индукции от +В до –В и наведения в ней
12
вихревых токов. Потери на гистерезис пропорциональны квадрату индукции и частоте перемагничивания в первой степени
рг B2 f .
Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату индукции и частоте перемагничивания во второй степени
рвт B2 f 2 .
Объединяя обе зависимости, можно считать, что потери в стали пропорциональны квадрату индукции и частоте перемагничивания в степени 1,5
рст рг рвт B2 f 1,5 .
Потери на вихревые токи зависят от толщины материала. Поэтому сердечники шихтуют, т.е. собирают из отдельных тонких листов, изолированных слоем специального лака или пленкой окисла металла, получаемой при термообработке стали. Толщина листа бывает 0,5 мм при частоте перемагничивания 50 Гц и 0,35 мм при более высокой.
Потери в обмотках обусловливаются прохождением по ним электрического тока и рассчитываются по формулам
р |
м |
I 2r |
или |
р |
м |
IU. |
|
|
|
|
|
Если в машине имеется щеточный контакт, потери в нем определяют по формуле
рщ Uщ I,
где Uщ – падение напряжения в переходном сопротивлении щетка-коллектор (кольцо). В зависимости от марки щетки оно может быть от 1 до 0,3 вольта.
Во вращающихся электрических машинах возникают потери на трение в подшипниках и на трение вращающихся частей о воздух. Их часто объединяют и называют механическими потерями. Для каждого типа машин существуют свои расчетные формулы механических потерь и порой они бывают достаточно громоздкими, но суть формул в том, что потери пропорциональны квадрату частоте вращения
рмх n2 .
Перечисленные выше потери принято считать основными. Кроме них имеют место потери, обусловленные явлениями второго порядка, такими как вытеснение тока, высшие гармоники магнитного поля и др. Расчет этих потерь (их называют добавочными) очень сложен, поэтому ГОСТ принимает их как часть электрической мощности машины. Так для асинхронных двигателей добавочные потери можно принять равными
рдоб 0,005 Р1.
В заключение следует сказать, что приведенные формулы носят в основном функциональный характер. Они лишь показывают, как и от чего зависят те или иные виды потерь. Количественный расчет потерь приводится для каждого типа машин в последующих лекциях.
Задача Л.1.1. Определить величину и показать направление ЭДС, если проводник длиной L (м), движется со скоростью V (м/с) в однородном магнитном поле с индукцией В (Тл) под углом к вектору индукции 
L = 0,2 B = 0,9 V = 40 = 80
Задача Л.1.2. Определить величину и показать направление ЭДС в проводнике длиной L (м), если однородное магнитное поле с индукцией В (Тл) движется со скоростью V (м/с) под углом 
L = 0,2 B = 0,9 V = 40 = 80
Задача Л.1.3. Определить величину и показать направление вращающего момента, развиваемого рамкой с током. Индукция магнитного поля В (Тл), длина проводника L (м), ток в проводнике I (A), диаметр рамки D (м).
B = 1 L = 0,5 I = 25 D = 0,4
Задача Л.1.4. Показать направление ЭДС в момент времени t1 в контуре, пронизываемом переменным магнитным потоком, изменяющимся по закону Ф = f(t), если смотреть на контур сверху.
Ф = f(t) |
ф = Фmsin t |
t1, (с) |
0,002 |
, (1/c) |
314 |
Задача Л.1.5. Определить ток, потребляемый катушкой электромагнита с числом витков W, необходимый для L того, чтобы в стальном сердечнике длиной L (мм) создать магнитное поле с индукцией В (Тл). Магнитная проницаемость сердечника составляет ст (Г/м)
W = 500 |
L = 350 B = 0,8 ст = 3,663Е-03 |
13
v
B
B
v
N
D
S
Ф
W