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n1.doc

introduzione

§ IN 1. Nomina di macchine elettriche e trasformatori

L'elettrificazione è un'introduzione diffusa nell'industria, nell'agricoltura, nei trasporti e nella vita quotidiana di energia elettrica generata in potenti centrali elettriche, unite dall'alta tensione reti elettriche nei sistemi energetici.

L'elettrificazione viene effettuata mediante prodotti elettrici prodotti dall'industria elettrica. Il ramo principale di questo settore è ingegnere elettrico, impegnata nella progettazione e produzione di macchine elettriche e trasformatori.

Macchina elettricaè un dispositivo elettromeccanico che converte energia meccanica ed elettrica. L'energia elettrica è generata nelle centrali elettriche da macchine elettriche - generatori che convertono l'energia meccanica in energia elettrica. La maggior parte dell'elettricità (fino all'80%) viene generata nelle centrali termiche, dove, durante la combustione di combustibili chimici (carbone, torba, gas), l'acqua viene riscaldata e convertita in vapore alta pressione... Quest'ultimo viene immesso nella turbina, dove, espandendosi, mette in rotazione il rotore della turbina ( energia termica nella turbina viene convertito in meccanico). La rotazione del rotore della turbina viene trasmessa all'albero del generatore (generatore a turbina). Come risultato dei processi elettromagnetici nel generatore, l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica.

Il processo di generazione dell'elettricità nelle centrali nucleari è simile a quello termico, con l'unica differenza che al posto del combustibile chimico viene utilizzato il nucleare.

Il processo di generazione dell'elettricità nelle centrali idrauliche è il seguente: l'acqua sollevata dalla diga ad un certo livello viene scaricata sulla girante di una turbina idraulica; L'energia meccanica risultante viene trasmessa dalla rotazione della ruota della turbina all'albero di un generatore elettrico, in cui l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica.

Nel processo di consumo di energia elettrica, viene convertita in altri tipi di energia (termica, meccanica, chimica). Circa il 70% dell'elettricità viene utilizzata per azionare macchine utensili, meccanismi, veicoli, ovvero per convertirla in energia meccanica. Questa trasformazione è effettuata da macchine elettriche - motori elettrici.

Il motore elettrico è l'elemento principale dell'azionamento elettrico delle macchine da lavoro. Buona controllabilità dell'energia elettrica, semplicità della sua distribuzione ha permesso di utilizzare ampiamente nell'industria un azionamento elettrico multimotore di macchine funzionanti, quando i singoli collegamenti macchina funzionante sono azionati da motori indipendenti. L'azionamento multimotore semplifica notevolmente il meccanismo della macchina funzionante (il numero di trasmissioni meccaniche che collegano i singoli collegamenti della macchina è ridotto) e crea grandi opportunità nell'automazione di vari processi tecnologici... I motori elettrici sono ampiamente utilizzati nei trasporti come motori di trazione che azionano coppie di ruote di locomotive elettriche, treni elettrici, filobus, ecc.

Per Di recente l'uso di macchine elettriche a bassa potenza - micromacchine con una capacità da frazioni a diverse centinaia di watt - è notevolmente aumentato. Tali macchine elettriche sono utilizzate nei dispositivi di automazione e calcolo.

Una classe speciale di macchine elettriche è costituita da motori per elettrodomestici: aspirapolvere, frigoriferi, ventilatori, ecc. La potenza di questi motori è bassa (da unità a centinaia di watt), il design è semplice e affidabile e sono prodotti in grandi quantità.

L'energia elettrica generata nelle centrali elettriche deve essere trasferita ai luoghi del suo consumo, principalmente ai grandi centri industriali del paese, che si trovano a molte centinaia e talvolta migliaia di chilometri da potenti centrali elettriche. Ma non basta trasferire elettricità. Deve essere distribuito tra molti consumatori diversi: imprese industriali, trasporti, edifici residenziali, ecc. La trasmissione di elettricità su lunghe distanze viene effettuata ad alta tensione (fino a 500 kV e oltre), il che garantisce perdite elettriche minime nelle linee elettriche. Pertanto, nel processo di trasmissione e distribuzione di energia elettrica, è necessario aumentare e diminuire ripetutamente la tensione. Questo processo viene effettuato per mezzo di dispositivi elettromagnetici chiamati trasformatori. Il trasformatore non è una macchina elettrica, poiché il suo lavoro non è associato alla conversione dell'energia elettrica in energia meccanica e viceversa; converte solo la tensione di energia elettrica. Inoltre, il trasformatore è un dispositivo statico e non contiene parti mobili. Tuttavia, i processi elettromagnetici che si verificano nei trasformatori sono simili a quelli che si verificano durante il funzionamento delle macchine elettriche. Inoltre, macchine elettriche e trasformatori sono caratterizzati da un'unica natura di processi elettromagnetici ed energetici che si verificano durante l'interazione campo magnetico e un conduttore con corrente. Per questi motivi i trasformatori sono parte integrante del corso di macchine elettriche.

Il ramo della scienza e della tecnologia che si occupa dello sviluppo e della produzione di macchine elettriche e trasformatori è chiamato ingegnere elettrico.Base teorica l'ingegneria elettrica è stata fondata nel 1821 da M. Faraday, che stabilì la possibilità di convertire l'energia elettrica in energia meccanica e creò il primo modello di motore elettrico. I lavori degli scienziati D. Maxwell e E. H. Lenz hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo dell'ingegneria elettrica. L'idea della trasformazione reciproca delle energie elettriche e meccaniche è stata ulteriormente sviluppata nelle opere degli eccezionali scienziati russi B.S.Yakobi e M.O. uso pratico... Grandi servizi nella creazione di trasformatori e nella loro applicazione pratica appartengono al notevole inventore russo P.N. Yablochkov. All'inizio del XX secolo furono creati tutti i principali tipi di macchine elettriche e trasformatori e furono sviluppate le basi della loro teoria.

Attualmente, la costruzione di macchine elettriche domestiche ha ottenuto un successo significativo. Se all'inizio di questo secolo in Russia non esisteva effettivamente la costruzione di macchine elettriche come industria indipendente, negli ultimi 50-70 anni è stata creata una branca dell'industria elettrica: la costruzione di macchine elettriche, in grado di soddisfare le esigenze dei nostri sviluppo dell'economia nazionale nelle macchine elettriche e nei trasformatori. Sono stati formati personale qualificato di costruttori di macchine elettriche - scienziati, ingegneri, tecnici.

L'ulteriore progresso tecnico definisce il compito principale come il consolidamento del successo dell'ingegneria elettrica attraverso l'attuazione pratica delle ultime conquiste dell'ingegneria elettrica nello sviluppo reale di dispositivi di azionamento elettrico per dispositivi e prodotti industriali. elettrodomestici... L'attuazione di questo richiede il trasferimento della produzione a un percorso di sviluppo prevalentemente intensivo. il compito principale consiste nell'accrescere il ritmo e l'efficienza dello sviluppo economico sulla base dell'accelerazione del progresso scientifico e tecnologico, del riequipaggiamento tecnico e della ricostruzione della produzione, dell'uso intensivo del potenziale produttivo creato. L'elettrificazione dell'economia nazionale giocherà un ruolo significativo nella risoluzione di questo problema.

Allo stesso tempo, è necessario tenere conto delle crescenti esigenze ambientali per le fonti di energia elettrica e, insieme a modi tradizionali sviluppare metodi (alternativi) rispettosi dell'ambiente per generare elettricità utilizzando l'energia del sole, del vento, delle maree, delle sorgenti termali. Ampiamente implementato sistemi automatizzati nei vari ambiti dell'economia nazionale. L'elemento principale di questi sistemi è un azionamento elettrico automatizzato, pertanto è necessario aumentare la produzione di azionamenti elettrici automatizzati a un ritmo accelerato.

Nel contesto dello sviluppo scientifico e tecnologico Grande importanza acquisire lavori relativi al miglioramento della qualità delle macchine elettriche e dei trasformatori fabbricati. Risolvere questo problema è un mezzo importante per sviluppare la cooperazione economica internazionale. Istituzioni accademiche competenti e imprese industriali In Russia, sono in corso lavori per creare nuovi tipi di macchine elettriche e trasformatori che soddisfino i requisiti moderni per la qualità e gli indicatori tecnici ed economici dei prodotti.

§ IN 2. Macchine elettriche - convertitori di energia elettromeccanici

Lo studio delle macchine elettriche si basa sulla conoscenza dell'essenza fisica dei fenomeni elettrici e magnetici, esposta nel corso dei fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica. Tuttavia, prima di intraprendere lo studio del corso "Macchine Elettriche", ricordiamo il significato fisico di alcune leggi e fenomeni che stanno alla base del principio di funzionamento delle macchine elettriche, in primis la legge induzione elettromagnetica.

Riso. IN 1. Sui concetti del "generatore elementare" (un) e "motore elementare" (b)

Nel processo di funzionamento di una macchina elettrica in modalità generatore, l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica. La natura di questo processo è spiegata legge elekinduzione tromagnetica: Se forza esterna F agire su un conduttore posto in un campo magnetico e spostarlo (Fig.B.1, a), ad esempio, da sinistra a destra perpendicolarmente al vettore di induzione V campo magnetico con una velocità , quindi una forza elettromotrice (EMF) sarà indotta nel conduttore

E = Blv,(B.1)

dove in - induzione magnetica, T; l è la lunghezza attiva del conduttore, cioè la lunghezza della sua parte situata nel campo magnetico, m; ? - velocità di movimento del conduttore, m/s.

Riso. IN 2. Regole " mano destra"E" mano sinistra "

Per determinare la direzione dell'EMF, dovresti usare la regola della "mano destra" (Fig. B.2, un). Applicando questa regola, determiniamo la direzione dell'EMF nel conduttore (da noi). Se le estremità del conduttore sono in cortocircuito verso una resistenza esterna R (consumatore), quindi sotto l'azione dell'EMF nel conduttore, sorgerà una corrente della stessa direzione. Quindi, un conduttore in un campo magnetico può essere considerato in questo caso come elementareGeneratore.

Come risultato dell'interazione della corrente io con un campo magnetico si genera una forza elettromagnetica che agisce sul conduttore

F EM = Bl... (IN 2)

Direzione della forza F EM può essere determinato dalla regola della "mano sinistra" (Fig. C.2, b ). Nel caso in esame, questa forza è diretta da destra a sinistra, ad es. opposto al movimento del conduttore. Quindi, nel generatore elementare considerato, la forza F EM sta frenando rispetto alla forza motrice F .

Con movimento uniforme del conduttore F = F EM . Moltiplicando entrambi i lati dell'uguaglianza per la velocità del conduttore, otteniamo

F = F EM 

Sostituisci in questa espressione il valore di F EM da (B.2):

F = BlI = EI (VZ)

Il lato sinistro dell'uguaglianza determina il valore della potenza meccanica spesa per spostare il conduttore in un campo magnetico; il lato destro è il valore della potenza elettrica sviluppata in anello chiuso dalla corrente elettrica I. Il segno di uguale tra queste parti indica che nel generatore la potenza meccanica spesa da una forza esterna viene convertita in potenza elettrica.

Se la forza esterna F non applicare al conduttore, ma fornire tensione U dalla fonte di alimentazione in modo che la corrente I nel conduttore abbia il verso indicato in Fig. B.1, b , allora solo la forza elettromagnetica F EM agirà sul conduttore . Sotto l'influenza di questa forza, il conduttore inizierà a muoversi in un campo magnetico. In questo caso, viene indotto un EMF nel conduttore con una direzione opposta alla tensione U. Quindi, parte della tensione U, applicato al conduttore, l'EMF è bilanciato E, indotta in questo conduttore, e l'altra parte è la caduta di tensione nel conduttore:

U = E + Ir, (B.4)

dove r - resistenza elettrica del conduttore.

Moltiplichiamo entrambi i lati dell'uguaglianza per la corrente io:

UI = ЕI + I 2 r.

Sostituendo invece di E Valore EMF da (B.1), otteniamo

UI = BlI + I 2 r,

o, secondo (B.2),

UI =F EM  + io 2 R. (ALLE 5)

Da questa uguaglianza segue che energia elettrica (interfaccia utente), entrando nel conduttore viene parzialmente convertito in meccanico (F EM  ), e in parte speso per la copertura perdite elettriche nell'esploratore ( io 2 R). Pertanto, un conduttore percorso da corrente posto in un campo magnetico può essere considerato come elementomotore elettrico del contenitore.

I fenomeni considerati consentono di concludere: a) per qualsiasi macchina elettrica, deve essere presente la presenza di un mezzo elettricamente conduttivo (conduttori) e di un campo magnetico, che abbiano possibilità di spostamento reciproco; b) quando una macchina elettrica funziona sia in modalità generatore che in modalità motore, l'induzione di un EMF in un conduttore che attraversa il campo magnetico e l'emergere di una forza che agisce su un conduttore in un campo magnetico quando scorre una corrente elettrica attraverso di essa sono simultaneamente osservati; c) la trasformazione reciproca delle energie meccaniche ed elettriche in una macchina elettrica può avvenire in qualsiasi direzione, ad es. una stessa macchina elettrica può funzionare sia in modalità motore che in modalità generatore; questa proprietà delle macchine elettriche si chiama reversibilità. Il principio di reversibilità delle macchine elettriche è stato stabilito per la prima volta dallo scienziato russo E. H. Lenz.

Il generatore e il motore elettrico "elementari" considerati riflettono solo il principio dell'uso delle leggi e dei fenomeni di base della corrente elettrica in essi. Per quanto riguarda il design, la maggior parte delle macchine elettriche è costruita sul principio del movimento rotatorio della loro parte mobile. Nonostante l'ampia varietà di design di macchine elettriche, è possibile immaginare un design generalizzato di una macchina elettrica. Tale struttura (fig.B.3) è costituita da una parte fissa 1, denominata statore, e parte rotante 2, denominata rotoro. Il rotore si trova nel foro dello statore ed è separato da esso da un traferro. Una di queste parti della macchina è dotata di elementi che eccitano un campo magnetico nella macchina (ad esempio un elettromagnete o un magnete permanente) e l'altra ha un avvolgimento, che chiameremo condizionatamente lavorandocon una matassa della macchina. Sia la parte fissa della macchina (statore) che la parte mobile (rotore) hanno nuclei in materiale magnetico dolce e hanno una bassa resistenza magnetica.

Riso. V.Z. Schema strutturale generalizzato di una macchina elettrica

Se la macchina elettrica funziona in modalità generatore, quando il rotore ruota (sotto l'azione del motore di azionamento), un EMF viene indotto nei conduttori dell'avvolgimento di lavoro e quando il consumatore è collegato, appare una corrente elettrica. Questo converte l'energia meccanica del motore di azionamento in energia elettrica. Se la macchina è progettata per funzionare come motore elettrico, l'avvolgimento di lavoro della macchina è collegato alla rete. In questo caso, la corrente generata nei conduttori dell'avvolgimento interagisce con il campo magnetico e sul rotore si generano forze elettromagnetiche che spingono il rotore in rotazione. In questo caso, l'energia elettrica consumata dal motore dalla rete viene convertita in energia meccanica spesa per la rotazione di un meccanismo, macchina utensile, ecc.

È anche possibile costruire macchine elettriche in cui l'avvolgimento di lavoro si trova sullo statore e gli elementi che eccitano il campo magnetico si trovano sul rotore. Il principio di funzionamento della macchina rimane lo stesso.

La gamma di potenza delle auto elettriche è molto ampia, da frazioni di watt a centinaia di migliaia di kilowatt.

§ V.Z. Classificazione delle macchine elettriche

L'uso di macchine elettriche come generatori e motori è la loro principale applicazione, poiché è associato esclusivamente allo scopo della conversione reciproca dell'energia elettrica e meccanica. L'uso di macchine elettriche in vari rami della tecnologia può avere altri scopi. Pertanto, il consumo di elettricità è spesso associato alla conversione corrente alternata in DC o con conversione di corrente frequenza industriale in corrente di più alta frequenza... Per questi scopi, applicare convertitori di macchine elettriche.

Le macchine elettriche sono utilizzate anche per amplificare la potenza. segnali elettrici... Tali macchine elettriche sono chiamate amplificatori per macchine elettriche. Le macchine elettriche utilizzate per migliorare il fattore di potenza dei consumatori di elettricità sono chiamate compensazione sincronatori. Le macchine elettriche utilizzate per regolare la tensione CA sono chiamate regolatori di induzionetori

Applicazione molto versatile micromacchine nell'automazione e nei dispositivi informatici. Qui le auto elettriche vengono utilizzate non solo come motori, ma anche come dinamo tachimetrica(per convertire la velocità in un segnale elettrico), selsyn, trasformatori rotanti(per ottenere segnali elettrici proporzionali all'angolo di rotazione dell'albero), ecc.

Dagli esempi forniti, si può vedere quanto sia diversa la suddivisione delle macchine elettriche in base al loro scopo.

Considera la classificazione delle macchine elettriche secondo il principio di funzionamento, in base al quale tutte le macchine elettriche sono suddivise in brushless e collettore, differendo sia per il principio di funzionamento che per il design. Le macchine brushless sono macchine AC. Si dividono in asincroni e sincroni. Le macchine asincrone vengono utilizzate principalmente come motori, mentre le macchine sincrone vengono utilizzate sia come motori che come generatori. Le macchine a collettore sono utilizzate principalmente per il funzionamento in corrente continua come generatori o motori. Solo le macchine a collettore di bassa potenza sono realizzate con motori universali in grado di funzionare sia dalla rete in corrente continua che dalla rete in corrente alternata.

Le macchine elettriche dello stesso principio di funzionamento possono differire negli schemi di connessione o in altre caratteristiche che influiscono sulle proprietà operative di queste macchine. Ad esempio, le macchine asincrone e sincrone possono essere trifase (comprese in rete trifase), condensatore o monofase. Le macchine asincrone, a seconda del design dell'avvolgimento del rotore, sono suddivise in macchine con rotore a gabbia di scoiattolo e macchine con rotore di fase. Macchine sincrone e macchine da collezione corrente continua a seconda del metodo di creazione di un campo magnetico in essi, l'eccitazione è suddivisa in macchine con avvolgimento di eccitazione e macchine con magneti permanenti. Nella fig. B.4 presenta uno schema della classificazione delle macchine elettriche, contenente le principali tipologie di macchine elettriche più utilizzate in un moderno azionamento elettrico. La stessa classificazione delle macchine elettriche è la base per lo studio del corso "Macchine elettriche".

A
URS "Macchine elettriche" oltre alle macchine elettriche vere e proprie prevede lo studio dei trasformatori. I trasformatori sono convertitori di potenza AC statici. L'assenza di parti rotanti conferisce ai trasformatori un design che li distingue fondamentalmente dalle macchine elettriche. Tuttavia, il principio di azione dei trasformatori, così come il principio di funzionamento delle macchine elettriche, si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica, e quindi molte disposizioni della teoria dei trasformatori costituiscono la base della teoria delle macchine elettriche a corrente alternata.

Le macchine elettriche e i trasformatori sono gli elementi principali di qualsiasi sistema o installazione energetica, quindi, per gli specialisti che lavorano nella produzione o nel funzionamento di macchine elettriche, conoscenza della teoria e comprensione dell'essenza fisica dei processi elettromagnetici, meccanici e termici che si verificano nelle macchine elettriche e trasformatori durante il loro funzionamento è necessario.

EDUCAZIONE PROFESSIONALE SECONDARIA

"Istituto federale per lo sviluppo dell'istruzione" come libro di testo per l'uso in processo educativo istituzioni educative che implementano la FSES SPO nel gruppo di specialità 140400 "Elettricità e ingegneria elettrica"

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Katsman M. M.

K 307 Macchine elettriche: un libro di testo per studenti. istituzioni di ambienti. prof. educazione / M. M. Katsman. - 12a ed., Cancellato. - M.: Centro editoriale "Accademia", 2013. - 496 p.

ISBN 978 e 5 e 7695 e 9705 e 3

Il libro di testo esamina la teoria, il principio di funzionamento, il dispositivo e l'analisi delle modalità operative di macchine elettriche e trasformatori, sia generali che speciali, che si sono diffusi in vari rami della tecnologia.

Il libro di testo può essere utilizzato per padroneggiare il modulo professionale PM.01. "Organizzazione Manutenzione e riparazione di apparecchiature elettriche ed elettromeccaniche "(MDK.01.01), specialità 140448" Operazione tecnica e manutenzione delle apparecchiature elettriche ed elettromeccaniche”.

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Il layout originale di questa pubblicazione è di proprietà del Centro Editoriale "Accademia", e la sua riproduzione in qualsiasi modo senza il consenso del detentore del copyright è vietata

© M. M. Katsman, 2006

© T.I.Svetova, erede di M.M. Katsman, 2011

© Didattica ed editoria centro "Accademia", 2011

ISBN 978 5 7695 9705 3 © Design. Centro editoriale "Accademia", 2011

PREFAZIONE

Il tutorial è scritto secondo curricula materia "Macchine elettriche" per le specialità "Macchine e dispositivi elettrici", "Tecnologia dell'isolamento elettrico, dei cavi e dei condensatori" e "Funzionamento tecnico, manutenzione e riparazione di apparecchiature elettriche ed elettromeccaniche" istituzioni educative.

Il libro contiene i fondamenti della teoria, una descrizione delle strutture e un'analisi delle proprietà operative di trasformatori e macchine elettriche. Inoltre, fornisce esempi di problem solving, che contribuiranno indubbiamente a una migliore comprensione delle questioni oggetto di studio.

Il libro di testo ha adottato il seguente ordine di presentazione del materiale: trasformatori, macchine asincrone, macchine sincrone, macchine collettori. Questa sequenza di studio facilita l'assimilazione del corso e soddisfa pienamente lo stato attuale e le tendenze di sviluppo dell'ingegneria elettrica. Insieme alle macchine elettriche scopo generale il libro di testo esamina alcuni tipi di trasformatori e macchine elettriche per scopi speciali, fornisce informazioni sul livello tecnico delle moderne serie di macchine elettriche con una descrizione delle caratteristiche del loro design.

L'attenzione principale nel libro di testo è rivolta alla divulgazione dell'essenza fisica dei fenomeni e dei processi che determinano il funzionamento dei dispositivi considerati.

Il metodo di presentazione del materiale adottato nel libro si basa su molti anni di esperienza nell'insegnamento della materia "Macchine elettriche".

INTRODUZIONE

IN 1. Nomina di macchine elettriche

e trasformatori

L'elettrificazione è un'introduzione diffusa nell'industria, nell'agricoltura, nei trasporti e nella vita quotidiana di energia elettrica generata in potenti centrali elettriche, collegate da reti elettriche ad alta tensione ai sistemi energetici.

L'elettrificazione viene effettuata mediante dispositivi prodotti dall'industria elettrica. Il ramo principale di questo settore è ingegnere elettrico, impegnata nella progettazione e produzione di macchine elettriche e trasformatori.

Macchina elettricaè un dispositivo elettromeccanico che effettua la conversione reciproca delle energie meccaniche ed elettriche. L'energia elettrica è generata nelle centrali elettriche da macchine elettriche - generatori che convertono l'energia meccanica in energia elettrica.

La maggior parte dell'elettricità (fino all'80%) viene generata nelle centrali termiche, dove, durante la combustione di combustibili chimici (carbone, torba, gas), l'acqua viene riscaldata e convertita in vapore ad alta pressione. Quest'ultimo viene immesso in una turbina a vapore, dove, espandendosi, mette in rotazione il rotore della turbina (l'energia termica nella turbina viene convertita in energia meccanica). La rotazione del rotore della turbina viene trasmessa all'albero del generatore (generatore a turbina). Come risultato dei processi elettromagnetici nel generatore, l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica.

Il processo di generazione dell'elettricità nelle centrali nucleari è simile al processo in una centrale termica, con l'unica differenza che utilizza il nucleare anziché il combustibile chimico.

Nelle centrali idrauliche, il processo di generazione dell'elettricità è il seguente: l'acqua portata dalla diga ad un certo livello viene scaricata sulla girante di una turbina idraulica; L'energia meccanica risultante viene trasmessa mediante rotazione della ruota della turbina all'albero di un generatore elettrico (idrogeneratore), in cui l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica.

Nel processo di consumo di energia elettrica, viene convertita in altri tipi di energia (termica, meccanica, chimica). Circa il 70% dell'elettricità viene utilizzata per azionare macchine utensili, meccanismi, veicoli, ovvero per pre

la sua formazione in energia meccanica. Questa trasformazione è effettuata da macchine elettriche - motori elettrici.

Il motore elettrico è l'elemento principale dell'azionamento elettrico delle macchine da lavoro. La buona controllabilità dell'energia elettrica, la semplicità della sua distribuzione hanno permesso di utilizzare ampiamente nell'industria un azionamento elettrico multimotore di macchine funzionanti, quando i singoli collegamenti di una macchina funzionante sono azionati dai propri motori. L'azionamento multimotore semplifica notevolmente il meccanismo della macchina funzionante (il numero di ingranaggi meccanici che collegano i singoli collegamenti della macchina è ridotto) e crea grandi opportunità nell'automazione di vari processi tecnologici. I motori elettrici sono ampiamente utilizzati nei trasporti come motori di trazione che azionano coppie di ruote di locomotive elettriche, treni elettrici, filobus, ecc.

Recentemente, l'uso di macchine elettriche a bassa potenza - micromacchine con una capacità fino a diverse centinaia di watt - è notevolmente aumentato. Tali macchine elettriche sono utilizzate nella strumentazione, nell'automazione e negli elettrodomestici: aspirapolvere, frigoriferi, ventilatori, ecc. La potenza di questi motori è bassa, il design è semplice e affidabile e sono fabbricati in grandi quantità.

L'energia elettrica generata nelle centrali elettriche deve essere trasferita ai luoghi del suo consumo, principalmente ai grandi centri industriali del paese, che si trovano a molte centinaia e talvolta migliaia di chilometri da potenti centrali elettriche. Ma non basta trasferire elettricità. Deve essere distribuito tra molti consumatori diversi: imprese industriali, edifici residenziali, ecc. La trasmissione di potenza su lunghe distanze viene effettuata ad alta tensione (fino a 500 kV e oltre), il che garantisce le perdite elettriche minime nelle linee di trasmissione di potenza. Pertanto, nel processo di trasmissione e distribuzione di energia elettrica, è necessario aumentare e diminuire ripetutamente la tensione. Questo processo viene effettuato per mezzo di dispositivi elettromagnetici chiamati trasformatori... Il trasformatore non è una macchina elettrica, poiché il suo lavoro non è associato alla conversione dell'energia elettrica in energia meccanica o viceversa. I trasformatori convertono solo la tensione in energia elettrica. Inoltre, il trasformatore è un dispositivo statico senza parti in movimento. Tuttavia, i processi elettromagnetici che si verificano nei trasformatori sono simili ai processi che si verificano durante il funzionamento delle macchine elettriche. Inoltre, macchine e trasformatori elettrici sono caratterizzati da un'unica natura di processi elettromagnetici ed energetici derivanti dall'interazione di un campo magnetico e di un conduttore con la corrente. Per questi motivi i trasformatori sono parte integrante del corso di macchine elettriche.

Le basi teoriche del funzionamento delle macchine elettriche furono poste nel 1821 da M. Faraday, che stabilì la possibilità di convertire l'energia elettrica in energia meccanica e creò il primo modello di motore elettrico. I lavori degli scienziati D. Maxwell e E. H. Lenz hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo delle macchine elettriche. L'idea della conversione reciproca delle energie elettriche e meccaniche è stata ulteriormente sviluppata nelle opere degli eccezionali scienziati russi B.S. Yakobi e M.O.Dolivo Dobrovolsky, che hanno sviluppato e creato progetti di motori elettrici adatti all'uso pratico.

Grandi servizi nella creazione di trasformatori e nella loro applicazione pratica appartengono al notevole inventore russo P. N. Yablochkov. All'inizio del XX secolo furono creati quasi tutti i principali tipi di macchine elettriche e trasformatori e furono sviluppate le basi della loro teoria.

V Attualmente, la costruzione di macchine elettriche domestiche ha ottenuto un successo significativo. Ulteriori progressi tecnici determinano come compito principale l'attuazione pratica dei risultati dell'ingegneria elettrica nello sviluppo reale di dispositivi di azionamento elettrico per dispositivi industriali ed elettrodomestici. Il compito principale del progresso scientifico e tecnologico è il riequipaggiamento tecnico e la ricostruzione della produzione. L'elettrificazione svolge un ruolo significativo nella risoluzione di questo problema. Allo stesso tempo, è necessario tenere conto delle crescenti esigenze ambientali per le fonti di energia elettrica e, insieme a quelle tradizionali, è necessario sviluppare metodi (alternativi) rispettosi dell'ambiente per generare energia elettrica utilizzando l'energia del sole, del vento , maree e sorgenti termali.

V In condizioni di sviluppo scientifico e tecnico, il lavoro relativo al miglioramento della qualità delle macchine elettriche e dei trasformatori fabbricati sta acquisendo grande importanza. Risolvere questo problema è un mezzo importante per sviluppare la cooperazione economica internazionale. Istituzioni scientifiche competenti

e le imprese industriali della Russia stanno lavorando alla creazione di nuovi tipi di macchine elettriche e trasformatori che soddisfano i requisiti moderni per la qualità e gli indicatori tecnici ed economici dei prodotti.

IN 2. Macchine elettriche - elettromeccaniche

convertitori di energia

Lo studio delle macchine elettriche si basa sulla conoscenza dell'essenza fisica dei fenomeni elettrici e magnetici, presentata nel corso "Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica". Pertanto, prima

Riso. IN 2. Regole della mano destra ( a) e "mano sinistra" (b)

	F (v)			F (v)
F uh		F uh

Riso. B.1. Ai concetti di "generatore elementare" (a) e "motore elementare" (b)

che per iniziare a studiare il corso "Macchine elettriche", ricordiamo il significato fisico di alcune leggi e fenomeni che stanno alla base del principio di funzionamento delle macchine elettriche, in primis la legge dell'induzione elettromagnetica.

Nel processo di funzionamento di una macchina elettrica in modalità generatore, l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica. Questo processo si basa su legge di induzione elettromagnetica: se una forza esterna F agisce su un conduttore posto in un campo magnetico e lo sposta (Fig.B.1, a), ad esempio, da sinistra a destra perpendicolarmente al vettore di induzione B di un campo magnetico con velocità v, quindi una forza elettromotrice (EMF) sarà indotta nel conduttore

dove B è l'induzione magnetica, T; l è la lunghezza attiva del conduttore, cioè la lunghezza della sua parte situata nel campo magnetico, m; v è la velocità di movimento del conduttore, m / s.

Per determinare la direzione dell'EMF, dovresti usare la regola della "mano destra" (Fig. B.2, a). Applicando questa regola, determiniamo la direzione dell'EMF nel conduttore ("da noi"). Se finisce

conduttore sono chiusi alla resistenza esterna R (consumatore), quindi sotto l'influenza di EMF E

una corrente nella stessa direzione apparirà nel conduttore. Così

Quindi, un conduttore in un campo magnetico può essere considerato in questo caso come generatore elementare, in cui viene spesa energia meccanica per spostare il conduttore da presto

stu v.

Come risultato dell'interazione della corrente I con un campo magnetico, sorge una forza elettromagnetica che agisce sul conduttore

Fem = BlI.

La direzione della forza Fem può essere determinata dalla regola della "mano sinistra" (Fig. B.2, b). Nel caso in esame, tale forza è diretta da destra a sinistra, cioè opposta al movimento del conduttore. Quindi, nel generatore elementare considerato, la forza Fem sta decelerando rispetto alla forza motrice F. Quando il conduttore si muove uniformemente, queste forze sono uguali, cioè F = Fem. Moltiplicando entrambi i lati dell'uguaglianza per la velocità di movimento del conduttore v, otteniamo

Fv = Fem v.

Sostituendo il valore di Fem da (B.2) in questa espressione, si ottiene

Fv = BlIv = EI.

Il membro sinistro dell'uguaglianza (B.3) determina il valore della potenza meccanica spesa per muovere il conduttore in un campo magnetico; la parte di destra è il valore della potenza elettrica sviluppata in anello chiuso dalla corrente elettrica I. Il segno di uguale tra queste parti conferma ancora una volta che nel generatore la potenza meccanica Fv, spesa da una forza esterna, viene convertita in potenza elettrica EI.

Se al conduttore non viene applicata una forza esterna F, ma gli viene applicata una tensione U da una sorgente di alimentazione, in modo che la corrente I nel conduttore abbia la direzione indicata in Fig. B.1, b, allora solo la forza elettromagnetica Fem agirà sul conduttore. Sotto l'influenza di questa forza, il conduttore inizierà a muoversi in un campo magnetico. In questo caso, un EMF verrà indotto nel conduttore con una direzione opposta alla tensione U. Pertanto, parte della tensione U applicata al conduttore è bilanciata dall'EMF E indotto in questo conduttore e l'altra parte è la tensione cadere nel conduttore:

Da questa uguaglianza segue che l'energia elettrica (UI) che entra nel conduttore dalla rete è parzialmente convertita in energia meccanica (Fem v), e parzialmente spesa per coprire le perdite elettriche nel conduttore (I2 r). Pertanto, un conduttore percorso da corrente posto in un campo magnetico può essere considerato come motore elettrico elementare.

I fenomeni descritti portano alla conclusione:

a) qualsiasi macchina elettrica deve avere un mezzo elettricamente conduttivo (conduttori) e un campo magnetico in grado di spostarsi reciprocamente;

b) durante il funzionamento di una macchina elettrica sia in modalità generatore che in modalità motore, si osserva contemporaneamente l'induzione di un EMF nel conduttore che attraversa il campo magnetico e la comparsa di una forza meccanica che agisce sul conduttore nel campo magnetico campo quando un elettricità lo attraversa corrente;

c) la mutua trasformazione dell'energia meccanica ed elettrica in una macchina elettrica può avvenire in qualsiasi direzione, cioè la stessa macchina elettrica può funzionare come

v modalità motore e modalità generatore; questa proprietà delle macchine elettriche si chiama reversibilità.

Il generatore elettrico e il motore "elementari" considerati riflettono solo il principio dell'uso delle leggi e dei fenomeni di base della corrente elettrica in essi. Per quanto riguarda il design, la maggior parte delle macchine elettriche è costruita sul principio del movimento rotatorio della loro parte mobile. Nonostante l'ampia varietà di design di macchine elettriche, risulta possibile immaginare un certo design generalizzato di una macchina elettrica. Tale struttura (fig. B.3) è costituita da una parte fissa 1 detta statore e da una parte rotante 2 detta rotore. Il rotore si trova

v statore e separato da esso da un traferro. Una delle parti indicate della macchina è dotata di elementi che eccitano

v la macchina ha un campo magnetico (ad esempio un elettromagnete o un magnete permanente) e l'altra ha un avvolgimento, che convenzionalmente

chiamato l'avvolgimento di lavoro della macchina. Sia la parte fissa della macchina (statore) che la parte mobile (rotore) hanno nuclei realizzati in materiale magnetico dolce e dotati di una bassa resistenza magnetica.

Se la macchina elettrica funziona in modalità generatore, allora

Riso. ALLE 3. Schema costruttivo generalizzato di una macchina elettrica

quando il rotore ruota (sotto l'azione del motore di azionamento), un EMF viene indotto nei conduttori dell'avvolgimento di lavoro e quando il consumatore è collegato, appare una corrente elettrica. Questo converte l'energia meccanica del motore di azionamento in energia elettrica. Se la macchina è progettata per funzionare come motore elettrico, l'avvolgimento di lavoro della macchina è collegato alla rete. In questo caso, la corrente che si alza nei conduttori di questo avvolgimento interagisce con il campo magnetico e si verificano forze elettromagnetiche sul rotore, portando il rotore in rotazione. In questo caso, l'energia elettrica consumata dal motore dalla rete viene convertita in energia meccanica spesa per azionare qualsiasi meccanismo, macchina utensile, veicolo, ecc.

È anche possibile costruire macchine elettriche in cui l'avvolgimento di lavoro si trova sullo statore e gli elementi che eccitano il campo magnetico si trovano sul rotore. Il principio di funzionamento della macchina rimane lo stesso.

La gamma di potenza delle auto elettriche è molto ampia, da frazioni di watt a centinaia di migliaia di kilowatt.

V.Z. Classificazione delle macchine elettriche

L'uso di macchine elettriche come generatori e motori è il loro scopo principale, poiché è connesso esclusivamente allo scopo della trasformazione reciproca dell'energia elettrica e meccanica. Tuttavia, l'uso di macchine elettriche in vari rami della tecnologia può avere altri scopi. Pertanto, il consumo di elettricità è spesso associato alla conversione della corrente alternata in corrente continua o alla conversione della corrente a frequenza industriale in corrente a frequenza più elevata. Per questi scopi, usano convertitori di macchine elettriche.

Le macchine elettriche vengono utilizzate anche per amplificare la potenza dei segnali elettrici. Tali macchine elettriche sono chiamate amplificatori per macchine elettriche... Le macchine elettriche utilizzate per aumentare il fattore di potenza dei consumatori di elettricità sono chiamate compensatori sincroni... Le macchine elettriche utilizzate per regolare la tensione CA sono chiamate regolatori di induzione.

L'uso delle micromacchine nei dispositivi automatici è molto vario. Qui le auto elettriche vengono utilizzate non solo come motori, ma anche come dinamo tachimetrica(per convertire la velocità di rotazione in un segnale elettrico), selsyns,

trasformatori rotanti (per ottenere segnali elettrici proporzionali all'angolo di rotazione dell'albero), ecc. Gli esempi forniti mostrano come le macchine elettriche siano diverse per il loro scopo.

Libro di testo per studenti. istituzioni di ambienti, prof. formazione scolastica. - 12a ed., Cancellato. - M.: Accademia, 2013 .-- 496 p. ISBN 978-5-7695-9705-3 Il libro di testo esamina la teoria, il principio di funzionamento, il dispositivo e l'analisi delle modalità di funzionamento delle macchine elettriche e dei trasformatori, sia generali che speciali, che si sono diffuse in vari rami della tecnologia.
Il libro di testo può essere utilizzato per padroneggiare il modulo professionale PM.01. "Organizzazione della manutenzione e riparazione di apparecchiature elettriche ed elettromeccaniche" (MDK.01.01) nella specialità 140448 "Funzionamento tecnico e manutenzione di apparecchiature elettriche ed elettromeccaniche".
Per studenti di istituti di istruzione professionale secondaria. Può essere utilizzato da studenti universitari Premessa.
Introduzione.
Nomina di macchine elettriche e trasformatori.
Auto elettrica convertitori elettromeccanici energia.
Classificazione delle macchine elettriche.
Trasformatori.
Il processo di lavoro del trasformatore.
Scopo e campi di applicazione dei trasformatori.
Il principio di funzionamento dei trasformatori.
Il dispositivo dei trasformatori.
Equazioni di tensione del trasformatore.
Equazioni delle forze e delle correnti magnetomotrici.
Portando i parametri dell'avvolgimento secondario e il circuito equivalente del trasformatore ridotto.
Diagramma vettoriale di un trasformatore.
Trasformazione corrente trifase e schemi di collegamento degli avvolgimenti dei trasformatori trifase.
Fenomeni durante la magnetizzazione dei nuclei magnetici dei trasformatori.
Influenza dello schema di connessione degli avvolgimenti sul funzionamento dei trasformatori trifase in modalità inattiva.
Determinazione sperimentale dei parametri del circuito equivalente dei trasformatori.
Diagramma vettoriale semplificato di un trasformatore.
Caratteristica esterna del trasformatore.
Perdite ed efficienza del trasformatore.
Regolazione della tensione dei trasformatori.
Gruppi di connessione di avvolgimenti e funzionamento in parallelo di trasformatori.
Gruppi di connessione degli avvolgimenti del trasformatore.
Lavoro parallelo trasformatori.
Trasformatori e autotrasformatori a tre avvolgimenti.
Trasformatori a tre avvolgimenti.
Autotrasformatori.
Processi transitori nei trasformatori.
Processi transitori all'accensione e in caso di cortocircuito improvviso dei trasformatori.
Sovratensione nei trasformatori.
Dispositivi trasformatore scopo speciale.
Trasformatore a nucleo mobile.
Trasformatori raddrizzatori.
Trasformatori di picco.
Moltiplicatori di frequenza.
Trasformatori per saldatura ad arco elettrico.
Trasformatori di potenza per uso generale.
Raffreddamento dei trasformatori.
Questioni generali di teoria delle macchine brushless.
Il principio di funzionamento delle macchine AC brushless.
Il principio di funzionamento di un generatore sincrono.
Il principio di funzionamento di un motore asincrono.
Il principio di esecuzione degli avvolgimenti dello statore delle macchine CA.
Il dispositivo dello statore di una macchina brushless e i concetti di base degli avvolgimenti di statore.
Forza elettromotrice della bobina.
Forza elettromotrice del gruppo bobina.
Forza elettromotrice dell'avvolgimento dello statore.
Armoniche dei denti EMF.
I principali tipi di avvolgimenti dello statore.
Avvolgimenti trifase a doppio strato con un numero intero di cave per polo e fase.
Avvolgimento trifase a doppio strato con numero frazionario scanalature per polo e fase.
Avvolgimenti statorici a strato singolo.
Isolamento dell'avvolgimento dello statore.
Forza magnetomotrice degli avvolgimenti statorici.
Forza magnetomotrice dell'avvolgimento concentrato.
Forza magnetomotrice distribuita dell'avvolgimento.
Forza magnetomotrice di un avvolgimento statorico trifase.
Campi magnetici circolari, ellittici e pulsanti.
Armoniche spaziali superiori della forza magnetomotrice di un avvolgimento trifase.
Macchine asincrone.
Modalità di funzionamento e dispositivo delle macchine asincrone.
Modalità di funzionamento del motore e del generatore di una macchina asincrona.
Dispositivo motori asincroni.
Circuito magnetico di una macchina asincrona.
Concetti basilari.
Calcolo del circuito magnetico di un motore a induzione.
Flussi di dispersione di una macchina a induzione
Il ruolo dei denti del nucleo nell'induzione di campi elettromagnetici e la creazione di un momento elettromagnetico .--------
Il circuito equivalente di un motore a induzione.
Equazioni di tensione del motore a induzione.
Equazioni di MDS e correnti di un motore a induzione.
Portando i parametri dell'avvolgimento del rotore e il diagramma vettoriale del motore a induzione.
Coppia elettromagnetica e caratteristiche prestazionali di un motore a induzione.
Perdite ed efficienza di un motore asincrono.
Concetti sulle caratteristiche dei motori e dei meccanismi di funzionamento.
Coppia elettromagnetica e caratteristiche meccaniche di un motore a induzione.
Caratteristiche meccaniche di un motore a induzione con variazioni della tensione di rete e resistenza attiva avvolgimenti del rotore.
Prestazioni del motore a induzione.
Momenti elettromagnetici dalle armoniche spaziali superiori del campo magnetico del motore a induzione.
Dimensionamento esperto e calcolo delle prestazioni dei motori a induzione.
Concetti basilari.
Esperienza al minimo.
Esperienza corto circuito.
Grafico a torta di un motore a induzione.
Tracciare le caratteristiche prestazionali di un motore a induzione in un grafico a torta.
Un metodo analitico per il calcolo delle prestazioni dei motori a induzione.
Avviamento, controllo velocità e frenatura di motori asincroni trifase.
Avviamento motori asincroni con rotore avvolto.
Avviamento motori asincroni a gabbia di scoiattolo.
Motori a induzione a gabbia di scoiattolo con caratteristiche di avviamento migliorate.
Regolazione della frequenza di rotazione dei motori asincroni.
Modi di frenatura dei motori asincroni.
Motori asincroni monofase e condensatori.
Il principio di funzionamento e avviamento di un motore asincrono monofase.
Motori asincroni a condensatore.
Funzionamento di un motore asincrono trifase da una rete monofase.
Motore asincrono monofase a poli schermati.
Macchine asincrone per scopi speciali.
Regolatore di tensione ad induzione e regolatore di fase.
Convertitore di frequenza asincrono.
Macchine elettriche per la comunicazione sincrona.
Motori esecutivi asincroni.
Motori lineari a induzione.
Forme costruttive di esecuzione delle macchine elettriche.
Riscaldamento e raffreddamento di macchine elettriche.
Metodi di raffreddamento per macchine elettriche.
Forme costruttive di esecuzione delle macchine elettriche. 2008
Serie di motori asincroni trifase.
Macchine sincrone.
Metodi di eccitazione e disposizione delle macchine sincrone.
Eccitazione di macchine sincrone.
Tipi di macchine sincrone e loro dispositivo.
Raffreddamento di grandi macchine sincrone.
Campo magnetico e caratteristiche dei generatori sincroni.
Circuito magnetico di una macchina sincrona.
Il campo magnetico di una macchina sincrona.
La reazione dell'armatura di una macchina sincrona.
Equazioni delle tensioni di un generatore sincrono.
Diagrammi vettoriali di un generatore sincrono.
Caratteristiche del generatore sincrono.
Schema pratico dell'EMF di un generatore sincrono.
Perdite ed efficienza delle macchine sincrone.
Funzionamento in parallelo di generatori sincroni.
Inclusione di generatori sincroni per il funzionamento in parallelo.
Carico di un generatore sincrono collegato al funzionamento in parallelo.
Caratteristiche angolari di un generatore sincrono.
Oscillazioni di generatori sincroni.
Capacità di sincronizzazione delle macchine sincrone.
Caratteristiche a forma di U di un generatore sincrono.
Processi transitori in generatori sincroni.
Motore sincrono e compensatore sincrono.
Il principio di funzionamento di un motore sincrono.
I motori sincroni si avviano.
Caratteristiche prestazionali del motore sincrono e a forma di U.
Compensatore sincrono.
Macchine sincrone per scopi speciali.
Macchine sincrone a magneti permanenti.
Motori sincroni a riluttanza.
Motori ad isteresi.
Motori passo passo.
Motore ad onda sincrona.
Generatore sincrono con poli ad artiglio ed eccitazione elettromagnetica.
Macchine sincrone a induttanza.
Macchine da collezione.
Il principio di funzionamento e progettazione delle macchine a collettore CC.
Il principio di funzionamento del generatore e del motore DC.
Il dispositivo della macchina del collettore DC.
Avvolgimenti di armatura di macchine collettori.
Avvolgimenti di armatura ad anello.
Avvolgimenti di armatura ondulatoria.
Collegamenti di equalizzazione e avvolgimento dell'indotto combinato.
Forza elettromotrice e momento elettromagnetico di una macchina in corrente continua.
Selezione del tipo di avvolgimento dell'indotto.
Campo magnetico della macchina DC.
Circuito magnetico della macchina DC.
Risposta dell'armatura CC.
Tenendo conto dell'effetto smagnetizzante della reazione di armatura.
Eliminazione dell'effetto dannoso della reazione dell'armatura.
Metodi di eccitazione delle macchine DC.
Commutazione nelle macchine a collettore DC.
Motivi per la scintilla sul collezionista.
Commutazione semplice.
Commutazione ritardata curvilinea.
Modi per migliorare la commutazione.
Fuoco a tutto tondo sul collettore.
Interferenza radiofonica delle macchine del collettore.
Generatori CC a collettore.
Concetti basilari.
Generatore di eccitazione indipendente.
Generatore di eccitazione parallela.
Generatore di eccitazione mista.
Motori per collettori.
Concetti basilari.
Motori in corrente continua ad eccitazione indipendente e parallela.
Avviamento motore CC.
Regolazione della velocità dei motori di eccitazione (parallela) indipendente.
Motore ad eccitazione sequenziale.
Motore ad eccitazione mista.
Motori DC in modalità di frenatura.
Perdita e coefficiente azione utile Macchina del collettore di CC.
Macchine DC della serie 4P e 2P.
Motori universali per collettori.
Macchine DC per scopi speciali.
Amplificatore per macchine elettriche.
Dinamo tachimetrica DC.
Motori senza contatto in corrente continua.
Motori esecutivi DC.
Bibliografia.
Indice delle materie.

Katsman M. M.
Macchine elettriche di strumentazione e apparecchiature di automazione

Biblioteca
SEVMASHVTUZA

Approvato dal Ministero della Pubblica Istruzione della Federazione Russa come libro di testo per gli studenti delle istituzioni educative dell'istruzione professionale secondaria

Mosca
2006

Revisori: prof. S.N. Stomensky (Dipartimento di Informatica del Chuvash Università Statale); S. Ts. Malinovskaya (Istituto universitario di ingegneria radiofonica di Mosca).

Katsman M. M. Macchine elettriche di strumentazione e apparecchiature di automazione: Manuale. manuale per stallone. istituzioni di ambienti. prof. educazione / Mark Mikhailovich Katsman. - M .: Centro editoriale "Accademia", 2006. - 368 p.

Il tutorial discute il principio di funzionamento, dispositivo, fondamenti teorici, caratteristiche tipi diversi macchine elettriche di potenza e trasformatori di bassa potenza (micromacchine), motori esecutivi, macchine elettriche informatiche, che sono più ampiamente utilizzate nella strumentazione e nelle apparecchiature di automazione in settori tecnologici industriali e speciali in generale.

Per gli studenti delle istituzioni educative dell'istruzione professionale secondaria, che studiano nelle specialità "Ingegneria dello strumento" e "Automazione e controllo".

Sarà utile per studenti di istituti di istruzione superiore e specialisti che si occupano di strumentazione e automazione dei processi produttivi.

Editore T. F. Melnikova
Editore tecnico N. I. Gorbacheva
Layout al computer: D. V. Fedotov
Revisori di bozze V. A. Zhilkina, G. N. Petrova

© Katsman MM, 2006
© Centro editoriale educativo "Accademia", 2006
© Progettazione. Centro editoriale "Accademia", 2006

Prefazione
introduzione
BI. Nomina di macchine elettriche e trasformatori
IN 2. Classificazione delle macchine elettriche

PRIMA PARTE. TRASFORMATORI E MACCHINE ELETTRICHE DI BASSA POTENZA

SEZIONE 1 TRASFORMATORI

Capitolo 1. Trasformatori di potenza
1.1. Scopo e principio di funzionamento trasformatore di potenza 9
1.2. Il dispositivo dei trasformatori 12
1.3. Dipendenze e rapporti di base nei trasformatori 14
1.4. Perdite ed efficienza del trasformatore 16
1.5. Esperimenti di vuoto e cortocircuito dei trasformatori
1.6. Variazione della tensione secondaria del trasformatore 20
1.7. Trasformatori trifase e multiavvolgimento 21
1.8. Trasformatori raddrizzatori 24
1.9. Autotrasformatori

Capitolo 2. Dispositivi trasformatori con proprietà speciali
2.1. Trasformatori di picco 31
2.2. Trasformatori di impulsi 33
2.3. Moltiplicatori di frequenza 35
2.4. Stabilizzatori di tensione 39
2.5. Trasformatori di tensione e corrente dello strumento

SEZIONE II MACCHINE ELETTRICHE DI BASSA POTENZA

Capitolo 3. Motori asincroni trifase a gabbia di scoiattolo
3.1. Il principio di funzionamento di un motore asincrono trifase
3.2. Il dispositivo dei motori asincroni trifase
3.3. Fondamenti di teoria di un motore asincrono trifase
3.4. Perdite ed efficienza di un motore a induzione
3.5. Momento elettromagnetico del motore a induzione
3.6. Influenza della tensione di rete e della resistenza attiva dell'avvolgimento del rotore sulla caratteristica meccanica
3.7. Caratteristiche prestazionali dei motori asincroni trifase
3.8. Proprietà di avviamento dei motori asincroni trifase
3.9. Controllo velocità motori asincroni trifase
3.9.1. Controllo della velocità modificando la resistenza attiva nel circuito del rotore
3.9.2. Controllo della velocità modificando la frequenza della tensione di alimentazione
3.9.3. Controllo della velocità modificando la tensione fornita
3.9.4. Controllo della velocità modificando il numero di poli dell'avvolgimento dello statore
3.9.5. Controllo della velocità dell'impulso
3.10. Motori lineari a induzione
3.11. Comando di avviamento di un motore asincrono trifase a gabbia di scoiattolo tramite contattore di non inversione

Capitolo 4. Motori asincroni monofase e condensatori
4.1. Il principio di funzionamento di un motore asincrono monofase
4.2. Caratteristiche meccaniche di un motore asincrono monofase
4.3. Avviamento di un motore asincrono monofase
4.4. Motori a induzione con condensatore
4.5. Inclusione di un motore asincrono trifase in una rete monofase
4.6. Motori asincroni monofase a poli schermati
4.7. Macchine asincrone con rotore a fase bloccata

Capitolo 5. Macchine sincrone
5.1. Informazioni generali sulle macchine sincrone
5.2. Generatori sincroni
5.2.1. Il principio di funzionamento di un generatore sincrono
5.2.2. Reazione di armatura in un generatore sincrono
5.2.3. Equazioni di tensione del generatore sincrono
5.2.4. Caratteristiche del generatore sincrono
5.2.5. Generatori sincroni a magneti permanenti
5.3. Motori sincroni ad eccitazione elettromagnetica
5.3.1. Il principio di funzionamento e progettazione di un motore sincrono unipolare con eccitazione elettromagnetica
5.3.2. Avviamento di un motore sincrono con eccitazione elettromagnetica
5.3.3. Perdite, rendimento e coppia elettromagnetica di un motore sincrono con eccitazione elettromagnetica
5.4. Motori sincroni a magneti permanenti
5.5. Motori sincroni multipolari a bassa velocità
5.5.1. Motori sincroni monofase a bassa velocità dei tipi DSO32 e DSOR32
5.5.2. Motori sincroni a condensatore a bassa velocità, tipi DSK e DSRK
5.6. Motori sincroni a riluttanza
5.7. Motori sincroni ad isteresi
5.8. Motori a isteresi reattiva a poli schermati
5.9. Macchine sincrone a induttanza
5.9.1. Generatori sincroni a induttori
5.9.2. Motori sincroni induttori
5.10. Motori sincroni con riduzione elettromeccanica della velocità
5.10.1. Motori sincroni a rotore rotante (DKR)
5.10.2. Motori sincroni a onde

Capitolo 6. Macchine da collezione
6.1. Il principio di funzionamento delle macchine a collettore DC
6.2. Il dispositivo della macchina del collettore DC
6.3. Forza elettromotrice e momento elettromagnetico di una macchina collettore CC
6.4. Campo magnetico della macchina DC. Reazione di ancoraggio
6.5. Commutazione nelle macchine a collettore DC
6.6. Modi per migliorare la commutazione e sopprimere le interferenze radio
6.7. Perdite ed efficienza delle macchine a collettore DC
6.8. Motori DC con spazzole
6.8.1. Principali dipendenze e relazioni
6.8.2. Motori di eccitazione indipendenti e paralleli
6.8.3. Controllo della velocità dei motori di eccitazione indipendenti e paralleli
6.8.4. Motori di eccitazione in serie
6.9. Motori universali a spazzole
6.10. Stabilizzazione della velocità dei motori DC
6.11. Generatori CC
6.11.1. Generatore di eccitazione indipendente
6.11.2. Generatore di eccitazione parallelo

Capitolo 7. Macchine elettriche di design e proprietà speciali
7.1. Motori giroscopici
7.1.1. Scopo e proprietà speciali dei motori giroscopici
7.1.2. Costruzione di motori giroscopici
7.2. Convertitori di elettromacchine
7.2.1. Convertitori per elettromacchine di tipo motore-generatore
7.2.2. Convertitori ad armatura singola
7.3. Amplificatori di potenza per macchine elettriche
7.3.1. Concetti basilari
7.3.2. Amplificatori a campo trasversale per elettromacchine

Capitolo 8. Motori per valvole CC
8.1. Concetti basilari
8.2. Il funzionamento del motore della valvola
8.3. Motore della valvola CC a bassa potenza

Capitolo 9. Motori Executive DC
9.1. Requisiti per motori esecutivi e circuiti di controllo per motori esecutivi DC
9.2. Controllo dell'armatura dei motori esecutivi DC
9.3. Controllo del palo dei motori esecutivi DC
9.4. Costante di tempo elettromeccanica dei motori esecutivi DC
9.5. Controllo a impulsi del motore esecutivo DC
9.6. Disegni di motori esecutivi DC
9.6.1. Motore esecutivo CC ad armatura cava
9.6.2. Motori DC con avvolgimenti di armatura stampati
9.6.3. Motore DC con armatura liscia (senza slot)

Capitolo 10. Motori esecutivi asincroni
10.1. Metodi per il controllo di motori esecutivi asincroni
10.2. Pistola semovente in motori esecutivi asincroni e modi per eliminarla
10.3. Il dispositivo del motore a induzione esecutivo con un rotore cavo non magnetico
10.4. Caratteristiche di un motore a induzione con rotore cavo amagnetico
10.5. Motore a induzione a gabbia di scoiattolo
10.6. Motore a induzione con rotore ferromagnetico cavo
10.7. Costante di tempo elettromeccanica dei motori a induzione
10.8. Motori attuatori di coppia

Capitolo 11. Esecutivo motori passo-passo
11.1. Concetti basilari
11.2. Motori passo-passo a rotore passivo
11.3. Motori passo-passo a rotore attivo
11.4. Motori passo-passo induttori
11.5. Parametri di base e modalità di funzionamento dei motori passo-passo

Capitolo 12. Esempi di applicazione di motori esecutivi
12.1. Esempi applicativi di motori a induzione e DC
12.2. Esempio di applicazione di un motore passo-passo esecutivo
12.3. Motori elettrici per azionare lettori
12.3.1. Meccanismi di unità a nastro
12.3.2. Azionamento elettrico di dispositivi per la lettura di informazioni da dischi ottici

SEZIONE IV INFORMAZIONI MACCHINE ELETTRICHE

Capitolo 13. Tachigeneratori
13.1. Scopo dei generatori tachimetrici e requisiti per essi
13.2. Dinamo tachimetrica AC
13.3. Tachimetri CC
13.4. Esempi di utilizzo di dinamo tachimetrica nei dispositivi di automazione industriale
13.4.1. Applicazione di dinamo tachimetrica come sensori di velocità
13.4.2. L'utilizzo di una dinamo tachimetrica come flussometro
13.4.3. L'uso di una dinamo tachimetrica in un azionamento elettrico con negativo risposta per velocità

Capitolo 14. Macchine elettriche di comunicazione sincrona
14.1. Concetti basilari
14.2. Sistema di indicazione della trasmissione dell'angolo a distanza
14.3. Sincronizzazione dei momenti di selsyn nel sistema di indicatori
14.4. Sistema trasformatore trasformatore angolare remoto
14.5. Selsyn design
14.6. Selsyn differenziale
14.7. Magnesio
14.8. Esempi di utilizzo di selsyn nei dispositivi di automazione industriale
14 8 1 Registrazione della quantità di avanzamento dell'utensile nelle perforatrici
14.8.2. Regolazione del rapporto aria-combustibile in un forno metallurgico

Capitolo 15. Trasformatori rotanti
15.1. Scopo e progettazione dei trasformatori rotanti
15.2. Trasformatore rotante seno-coseno
15.2.1. Trasformatore rotante seno-coseno in modalità seno
15.2.2. Trasformatore rotativo seno-coseno in modalità seno-coseno
15.2.3. Trasformatore rotante seno-coseno in modalità scalatura
15.2.4. Trasformatore rotativo seno-coseno in modalità sfasatore
15.3. Trasformatore rotante lineare
15.4. Sistema di trasformazione per la trasmissione dell'angolo remoto su trasformatori rotanti

Bibliografia
Indice delle materie

Prefazione

Con la crescita del livello tecnico di produzione e l'introduzione dell'automazione completa dei processi tecnologici, le questioni della formazione di alta qualità degli specialisti direttamente coinvolti nel funzionamento e nella progettazione dei sistemi di automazione stanno diventando particolarmente rilevanti. Macchine elettriche e trasformatori di bassa potenza (micromacchine) occupano il posto di primo piano nel vasto complesso della strumentazione e dell'automazione.

Il libro descrive il principio di funzionamento, il dispositivo, le caratteristiche di funzionamento e progettazione di macchine elettriche e trasformatori a bassa potenza, ampiamente utilizzati per azionare meccanismi e dispositivi utilizzati nella strumentazione e nell'automazione. Sono considerati gli elementi della macchina elettrica che costituiscono la base dei moderni sistemi automatici: attuatori AC e DC, amplificatori elettrici, convertitori rotanti, motori passo-passo, macchine elettriche informatiche (tachigeneratori, selsyn, magnesine, trasformatori rotanti), motori elettrici di dispositivi giroscopici.

Lo scopo di questo libro è insegnare al futuro specialista a utilizzare ragionevolmente e correttamente i motori elettrici di potenza e gli elementi di macchine elettriche di automazione in dispositivi di strumenti e apparecchiature di automazione.

Tenendo conto delle specificità dell'insegnamento agli studenti nelle scuole tecniche e nei college, l'autore, nel presentare il materiale del libro, ha pagato Attenzione speciale considerazione dell'essenza fisica dei fenomeni e dei processi che spiegano il funzionamento dei dispositivi considerati. La metodologia di presentazione del corso adottata nel libro si basa su molti anni di esperienza di insegnamento in istituzioni educative formazione professionale secondaria.

INTRODUZIONE

IN 1. Nomina di macchine elettriche e trasformatori

Il livello tecnico di qualsiasi moderno impresa manifatturiera viene valutato principalmente dallo stato dell'automazione e della meccanizzazione globale dei principali processi tecnologici. Inoltre, tutto maggiore importanza l'automazione del lavoro non solo fisico, ma anche mentale sta guadagnando.

I sistemi automatizzati includono un'ampia varietà di elementi che differiscono in più di scopo funzionale, ma dal principio di azione. Tra i tanti elementi che compongono i sistemi di automazione, un certo posto è occupato dagli elementi delle macchine elettriche. Il principio di funzionamento e il design di questi elementi non differiscono praticamente dalle macchine elettriche (sono motori elettrici o generatori elettrici) o sono molto vicini a loro nella progettazione e nei processi elettromagnetici che si verificano in essi.

Un'auto elettrica è dispositivo elettrico, effettuando la mutua trasformazione delle energie elettriche e meccaniche.

Se il conduttore viene mosso in un campo magnetico come questo. in modo che attraversi le linee di forza magnetiche, in questo conduttore verrà indotta una forza elettromotrice (EMF). Qualsiasi macchina elettrica è costituita da una parte fissa e da una parte mobile (rotante). Una di queste parti (induttore) crea un campo magnetico e l'altra ha un avvolgimento funzionante, che è un sistema di conduttori. Se viene fornita energia meccanica a una macchina elettrica, ad es. ruotare la sua parte mobile, quindi, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, verrà indotto un EMF nel suo avvolgimento di lavoro. Se un qualsiasi consumatore di energia elettrica è collegato ai terminali di questo avvolgimento, nel circuito si verificherà una corrente elettrica. Pertanto, a seguito dei processi che avvengono nella macchina, l'energia meccanica di rotazione sarà convertita in energia elettrica. Le macchine elettriche che eseguono questa conversione sono chiamate generatori elettrici. I generatori elettrici costituiscono la spina dorsale dell'industria dell'energia elettrica: sono utilizzati nelle centrali elettriche, dove convertono l'energia meccanica dalle turbine in energia elettrica.

Se un conduttore viene posto in un campo magnetico perpendicolare alle linee di forza magnetiche e viene attraversato da una corrente elettrica, a causa dell'interazione di questa corrente con il catrame magnetico, una forza meccanica agirà sul conduttore. Pertanto, se l'avvolgimento di lavoro di una macchina elettrica è collegato all'Electric Energy Brush, in esso apparirà una corrente e poiché questo avvolgimento si trova nel campo magnetico dell'induttore, le forze meccaniche agiranno sui suoi conduttori. Sotto l'azione di queste forze, la parte mobile della macchina elettrica inizierà a ruotare. [Questo convertirà l'energia elettrica in energia meccanica. Le macchine elettriche che eseguono questa conversione sono chiamate motori elettrici. I motori elettrici sono ampiamente utilizzati nell'azionamento elettrico di macchine utensili, gru, veicoli, elettrodomestici eccetera.

Le macchine elettriche sono reversibili, ad es. Questa macchina elettrica può funzionare sia come generatore che come motore. Tutto dipende dal tipo di energia fornita alla macchina. Tuttavia, di solito ogni macchina elettrica ha uno scopo preciso: o è un generatore o un motore.

La base per la creazione di macchine elettriche e trasformatori era la legge dell'induzione elettromagnetica scoperta da M. Faraday. Inizio applicazione pratica macchine elettriche fu [messa dall'accademico BS Jacobi, che nel 1834 creò il progetto di una macchina elettrica, che era il prototipo di un moderno motore elettrico da collezione.

L'uso diffuso di macchine elettriche negli azionamenti elettrici industriali è stato facilitato dall'invenzione dell'ingegnere russo MO Dolivo-Dobrovolsky (1889) di un motore asincrono trifase, che differiva dai motori a collettore CC utilizzati in quel momento nella sua semplicità di progettazione e alta affidabilità.

All'inizio del XX secolo. la maggior parte dei tipi di macchine elettriche utilizzate oggi sono state create.

Scarica il libro di testo Macchine elettriche, dispositivi di strumentazione e apparecchiature per l'automazione... Mosca, Centro editoriale "Accademia", 2006

] Edizione didattica. Un libro di testo per gli studenti delle specialità di ingegneria elettrica delle scuole tecniche. Seconda edizione riveduta e ampliata.
(Mosca: casa editrice Vysshaya Shkola, 1990)
Scansione: AAW, elaborazione, formato Djv: DNS, 2012

• BREVE CONTENUTO:
  Prefazione (3).
  Introduzione (4).
  Sezione 1. TRASFORMATORI (13).
  Capitolo 1. Il processo di lavoro del trasformatore (15).
  Capitolo 2. Gruppi di connessione di avvolgimenti e funzionamento in parallelo di trasformatori (61).
  Capitolo 3. Trasformatori e autotrasformatori a tre avvolgimenti (71).
  Capitolo 4. Processi transitori nei trasformatori (76).
  Capitolo 5. Dispositivi trasformatori per scopi speciali (84).
  Sezione 2. QUESTIONI GENERALI DI TEORIA DELLE MACCHINE BRUSHLESS (95).
  Capitolo 6. Principio di funzionamento delle macchine brushless AC (97).
  Capitolo 7. Principio dell'avvolgimento dello statore (102).
  Capitolo 8. Tipi fondamentali di avvolgimenti dello statore (114).
  Capitolo 9. Forza magnetomotrice degli avvolgimenti di statore (125).
  Sezione 3. MACCHINE ASINCRONE (135).
  Capitolo 10. Modalità di funzionamento e dispositivo di una macchina asincrona (137).
  Capitolo 11. Circuito magnetico di una macchina a induzione (146).
  Capitolo 12. Processo di funzionamento del motore asincrono trifase (154).
  Capitolo 13. Coppia elettromagnetica e caratteristiche prestazionali di un motore a induzione (162).
  Capitolo 14. Parametrizzazione e calcolo con esperienza delle caratteristiche prestazionali dei motori a induzione (179).
  Capitolo 15. Avviamento e controllo della velocità di motori asincroni trifase (193).
  Capitolo 16. Motori asincroni monofase ea condensatore (208).
  Capitolo 17. Macchine asincrone per scopi speciali (218).
  Capitolo 18. I principali tipi di motori asincroni prodotti in serie (230).
  Sezione 4. MACCHINE SINCRONE (237).
  Capitolo 19. Metodi di eccitazione e dispositivo di macchine sincrone (239).
  Capitolo 20. Campo magnetico e caratteristiche dei generatori sincroni (249).
  Capitolo 21. Funzionamento in parallelo di generatori sincroni (270).
  Capitolo 22. Motore sincrono e compensatore sincrono (289).
  Capitolo 23. Macchine sincrone per scopi speciali (302).
  Sezione 5. MACCHINE A COLLETTORE (319).
  Capitolo 24. Principio di funzionamento e progettazione delle macchine a collettore CC (321).
  Capitolo 25. Avvolgimenti di armatura di macchine a corrente continua (329).
  Capitolo 26. Il campo magnetico della macchina DC (348).
  Capitolo 27. Commutazione in macchine DC (361).
  Capitolo 28. Generatori CC a collettore (337).
  Capitolo 29. Motori per collettori (387).
  Capitolo 30. Macchine DC per scopi speciali (414).
  Capitolo 31. Raffreddamento di macchine elettriche (427).
  Compiti per decisione indipendente (444).
  Riferimenti (453).
  Indice dei soggetti (451).

Abstract dell'editore: Il libro esamina la teoria, il principio di funzionamento, il dispositivo e l'analisi delle modalità di funzionamento delle macchine elettriche e dei trasformatori, sia generali che speciali, che si sono diffuse in vari rami della tecnologia. 2a edizione (1a - 1983) integrata con nuovo materiale corrispondente a approcci moderni alla teoria e alla pratica dell'ingegneria elettrica.