ماشین های برقی Katsman M. M. ماشین های الکتریکی دستگاه های ابزاری و وسایل اتوماسیون

] نسخه آموزشی. کتاب درسی دانش آموزان رشته های برق دانشکده فنی. چاپ دوم، اصلاح و بزرگ شده.
(مسکو: انتشارات مدرسه عالی، 1990)
اسکن: AAW، پردازش، فرمت Djv: DNS، 2012

• خلاصه:
  پیشگفتار (3).
  مقدمه (4).
  بخش 1. ترانسفورماتورها (13).
  فصل 1 گردش کار ترانسفورماتور (15).
  فصل 2. گروه های اتصال سیم پیچ و عملکرد موازی ترانسفورماتورها (61).
  فصل 3. ترانسفورماتورهای سه سیم پیچ و ترانسفورماتورهای خودکار (71).
  فصل 4 گذرادر ترانسفورماتور (76).
  فصل 5. دستگاه های ترانسفورماتور برای مصارف خاص (84).
  بخش 2. سوالات عمومی تئوری ماشین های بی ارزش (95).
  فصل 6 جریان متناوب (97).
  فصل 7. اصل ساخت سیم پیچ استاتور (102).
  فصل 8. انواع اصلی سیم پیچی استاتور (114).
  فصل 9
  بخش 3. ماشین های ناهمزمان (135).
  فصل 10. حالت های عملیاتی و دستگاه یک ماشین ناهمزمان (137).
  فصل 11. مدار مغناطیسی یک ماشین ناهمزمان (146).
  فصل 12 گردش کار سه فاز موتور القایی (154).
  فصل 13. گشتاور الکترومغناطیسی و مشخصات عملکرد یک موتور القایی (162).
  فصل 14
  فصل 15. راه اندازی و کنترل سرعت موتورهای سه فاز آسنکرون (193).
  فصل 16. موتورهای القایی تک فاز و خازن (208).
  فصل 17. ماشین های ناهمزمان برای مقاصد خاص (218).
  فصل 18
  بخش 4. ماشین های سنکرون (237).
  فصل 19
  فصل 20. میدان مغناطیسی و مشخصات ژنراتورهای سنکرون (249).
  فصل 21. عملکرد موازی ژنراتورهای سنکرون (270).
  فصل 22. موتور سنکرون و جبران کننده سنکرون (289).
  فصل 23
  بخش 5. ماشین آلات کلکتور (319).
  فصل 24 جریان مستقیم (321).
  فصل 25
  فصل 26
  فصل 27. کموتاسیون در ماشین های DC (361).
  فصل 28
  فصل 29
  فصل 30
  فصل 31. خنک کننده ماشین های الکتریکی (427).
  وظایف برای تصمیم مستقل (444).
  مراجع (453).
  نمایه موضوعی (451).

یادداشت ناشر:این کتاب در مورد تئوری، اصل عملکرد، طراحی و تحلیل حالت‌های عملکرد ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورها، اعم از عمومی و خاص، که در شاخه‌های مختلف فناوری رواج یافته است، بحث می‌کند. ویرایش دوم (1 - 1983) با مواد جدید مطابق با رویکردهای مدرن به تئوری و عمل مهندسی برق تکمیل شده است.

همچنین ببینید:
• (سند)
• Katsman M.M. ماشین های الکتریکی (سند)
• اما D.A. ماشین های الکتریکی بدون تماس (سند)
• Katsman M.M. ابزار دقیق و اتوماسیون ماشین آلات الکتریکی (سند)
• کریتشتاین A.M. سازگاری الکترومغناطیسی در صنعت برق: راهنمای مطالعه (سند)
• آندریانوف V.N. ماشین آلات و دستگاه های الکتریکی (سند)
• Katsman M.M. کتاب راهنمای ماشین های الکتریکی (سند)
• German-Galkin S.G.، Kardonov G.A. ماشین های برقی آزمایشگاه‌ها روی کامپیوتر (سند)
• Kochegarov B.E.، Lotsmanenko V.V.، Oparin G.V. ماشین آلات و لوازم خانگی. آموزش. قسمت 1 (سند)
• Kopylov I.P. کتاب راهنمای ماشین های الکتریکی جلد 1 (سند)
• کریتشتاین A.M. ماشین های الکتریکی (سند)

n1.doc

معرفی

§ در 1. هدف از ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتور

برق رسانی با استفاده از محصولات الکتریکی انجام می شود که تولید آنها در صنعت برق انجام می شود. شاخه اصلی این صنعت می باشد مهندسی برق،فعال در توسعه و تولید ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتور.

ماشین الکتریکییک وسیله الکترومکانیکی است که تبدیل متقابل انرژی مکانیکی و الکتریکی را انجام می دهد. انرژی الکتریکی در نیروگاه ها توسط ماشین های الکتریکی تولید می شود - ژنراتورهایی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. بخش عمده ای از الکتریسیته (تا 80 درصد) در نیروگاه های حرارتی تولید می شود، جایی که وقتی سوخت های شیمیایی (زغال سنگ، ذغال سنگ نارس، گاز) می سوزند، آب گرم شده و به بخار تبدیل می شود. فشار بالا. دومی به داخل توربین تغذیه می شود، جایی که با انبساط، باعث چرخش روتور توربین می شود (انرژی گرمایی در توربین به انرژی مکانیکی تبدیل می شود). چرخش روتور توربین به شفت ژنراتور (ژنراتور توربین) منتقل می شود. در نتیجه فرآیندهای الکترومغناطیسی که در ژنراتور اتفاق می افتد، انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

فرآیند تولید برق در نیروگاه های هسته ای شبیه به حرارت است و تنها تفاوت آن در این است که به جای سوخت شیمیایی از سوخت هسته ای استفاده می شود.

فرآیند تولید برق در نیروگاه های هیدرولیک به شرح زیر است: آب افزایش یافته توسط سد تا یک سطح معین به پروانه توربین هیدرولیک تخلیه می شود. انرژی مکانیکی حاصل با چرخاندن چرخ توربین به شفت ژنراتور الکتریکی منتقل می شود که در آن انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

در فرآیند مصرف انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی (حرارتی، مکانیکی، شیمیایی) تبدیل می شود. حدود 70 درصد از الکتریسیته برای به حرکت درآوردن ابزارهای ماشینی، مکانیزم ها، وسایل نقلیه، یعنی تبدیل آن به انرژی مکانیکی استفاده می شود. این تبدیل توسط ماشین های الکتریکی انجام می شود - موتورهای الکتریکی.

موتور الکتریکی عنصر اصلی درایو الکتریکی ماشین های کار است. قابلیت کنترل خوب انرژی الکتریکی، سادگی توزیع آن، استفاده گسترده از درایو الکتریکی چند موتوره ماشین‌های کار در صنعت را ممکن می‌سازد، زمانی که پیوندهای جداگانه ماشین کار به حرکت در می‌آیند. موتورهای مستقل. درایو چند موتوره مکانیزم ماشین کار را بسیار ساده می کند (تعداد چرخ دنده های مکانیکی که قطعات جداگانه دستگاه را به هم متصل می کند کاهش می یابد) و فرصت های بزرگی در اتوماسیون انواع مختلف ایجاد می کند. فرآیندهای تکنولوژیکی. موتورهای الکتریکی به طور گسترده ای در حمل و نقل به عنوان موتورهای کششی که مجموعه چرخ های لوکوموتیوهای الکتریکی، قطارهای الکتریکی، واگن برقی و غیره را به حرکت در می آورند استفاده می شود.

پشت اخیرااستفاده از ماشین های الکتریکی کم مصرف - ریز ماشین هایی با توان از کسری تا چند صد وات - به طور قابل توجهی افزایش یافته است. چنین ماشین های الکتریکی در دستگاه های اتوماسیون و علوم کامپیوتر.

دسته خاصی از ماشین های الکتریکی موتورهای وسایل برقی خانگی - جاروبرقی، یخچال، پنکه و غیره هستند. قدرت این موتورها کم است (از واحد تا صدها وات)، طراحی ساده و قابل اعتماد است و در ساخت آنها ساخته می شود. مقادیر زیاد

انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه ها باید به محل های مصرف آن و در درجه اول به مراکز صنعتی بزرگ کشور منتقل شود که صدها و گاهی هزاران کیلومتر از نیروگاه های قدرتمند فاصله دارند. اما برای انتقال برق کافی نیست. باید بین طیف گسترده ای از مصرف کنندگان - شرکت های صنعتی، حمل و نقل، ساختمان های مسکونی و غیره توزیع شود. انتقال برق به مسافت های طولانیانجام شد در ولتاژ بالا(تا 500 کیلو ولت و بیشتر)، که حداقل تلفات الکتریکی را در خطوط برق تضمین می کند. بنابراین در فرآیند انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، افزایش و کاهش مکرر ولتاژ ضروری است. این فرآیند توسط دستگاه های الکترومغناطیسی به نام انجام می شود مبدل ها.ترانسفورماتور یک ماشین الکتریکی نیست، زیرا کار آن مربوط به تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس نیست. فقط ولتاژ انرژی الکتریکی را تبدیل می کند. علاوه بر این، ترانسفورماتور است دستگاه استاتیکو هیچ قسمت متحرکی ندارد. با این حال، فرآیندهای الکترومغناطیسی که در ترانسفورماتورها اتفاق می‌افتد مشابه فرآیندهایی است که در حین کار ماشین‌های الکتریکی اتفاق می‌افتد. علاوه بر این، ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورها با ماهیت واحدی از فرآیندهای الکترومغناطیسی و انرژی که در طول تعامل رخ می‌دهند مشخص می‌شوند. میدان مغناطیسیو هادی حامل جریان به این دلایل، ترانسفورماتورها بخشی جدایی ناپذیر از دوره ماشین های الکتریکی را تشکیل می دهند.

شاخه ای از علم و فناوری که در زمینه توسعه و تولید ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتورها فعالیت می کند مهندسی برق.مبانی نظریمهندسی برق در سال 1821 توسط M. Faraday تاسیس شد که امکان تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را ایجاد کرد و اولین مدل موتور الکتریکی را ایجاد کرد. نقش مهمدر توسعه مهندسی برق آثار دانشمندان D. Maxwell و E. X. Lenz بودند. ایده تبدیل متقابل انرژی های الکتریکی و مکانیکی در آثار دانشمندان برجسته روسی B. S. Yakobi و M. O. Dolivo-Dobrovolsky که طرح هایی از موتورهای الکتریکی را توسعه دادند و طراحی هایی را ایجاد کردند بیشتر توسعه یافت. استفاده عملی. شایستگی های بزرگ در ایجاد ترانسفورماتورها و کاربرد عملی آنها متعلق به مخترع قابل توجه روسی P.N. یابلوچکوف در آغاز قرن بیستم، تمام انواع اصلی ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورها ایجاد شد و پایه‌های تئوری آنها شکل گرفت.

در حال حاضر، مهندسی برق داخلی به موفقیت چشمگیری دست یافته است. اگر در آغاز قرن حاضر در روسیه در واقع مهندسی برق به عنوان یک صنعت مستقل وجود نداشت، پس در طی 50-70 سال گذشته، شاخه ای از صنعت برق ایجاد شده است - مهندسی برق که قادر به رفع نیازهای ما است. توسعه اقتصاد ملی در ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورها. کادری از سازندگان ماشین های الکتریکی واجد شرایط - دانشمندان، مهندسان، تکنسین ها - آموزش دیدند.

پیشرفت فنی بیشتر، تثبیت موفقیت های مهندسی برق از طریق اجرای عملی آخرین دستاوردهای مهندسی برق در توسعه واقعی دستگاه های محرک الکتریکی برای دستگاه ها و محصولات صنعتی را به عنوان وظیفه اصلی تعریف می کند. لوازم خانگی. اجرای این امر مستلزم انتقال تولید به مسیر توسعه عمدتاً فشرده است. وظیفه اصلی افزایش سرعت و کارایی توسعه اقتصادی بر اساس تسریع علمی و پیشرفت فنی، تجهیز مجدد فنی و بازسازی تولید، استفاده فشرده از پتانسیل تولید ایجاد شده. نقش مهمی در حل این مشکل به برقی سازی اقتصاد ملی اختصاص داده شده است.

در عین حال، باید افزایش را در نظر گرفت الزامات زیست محیطیبه منابع برق و همراه با روش های سنتیتوسعه روش های سازگار با محیط زیست (جایگزین) برای تولید برق با استفاده از انرژی خورشید، باد، جزر و مد دریا و چشمه های حرارتی. به طور گسترده اجرا می شود سیستم های خودکاردر بخش های مختلف اقتصاد ملی عنصر اصلی این سیستم ها یک درایو الکتریکی خودکار است، بنابراین لازم است تولید درایوهای الکتریکی خودکار با سرعت بیشتری افزایش یابد.

در زمینه توسعه علمی و فناوری پراهمیتبه دست آوردن کارهای مربوط به بهبود کیفیت ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتورهای تولیدی. راه حل این مشکل ابزار مهمی برای توسعه همکاری های اقتصادی بین المللی است. موسسات علمی مرتبط و شرکت های صنعتی در روسیه در حال کار بر روی ایجاد انواع جدیدی از ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتور هستند که الزامات مدرن برای کیفیت و شاخص های فنی و اقتصادی محصولات تولیدی را برآورده می کنند.

§ در 2. ماشین های الکتریکی - مبدل های انرژی الکترومکانیکی

برنج. در 1. به مفاهیم "مولد اولیه" (آ)و "موتور اولیه" (ب)

در حین کار یک ماشین الکتریکی در حالت ژنراتور، انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. ماهیت این فرآیند توضیح داده شده است قانون الکالقای ترومغناطیس:اگر نیروی خارجی F بر روی رسانایی که در میدان مغناطیسی قرار دارد عمل کرده و آن را حرکت دهید (شکل B.1، a)، به عنوان مثال، از چپ به راست عمود بر بردار القایی که درمیدان مغناطیسی با سرعت ، سپس هادی القا می شود نیروی محرکه برقی(EMF)

E=blv،(B.1)

که در آن - القای مغناطیسی، T; l طول فعال هادی است، یعنی طول قسمتی که در میدان مغناطیسی قرار دارد، m.  - سرعت هادی، m/s

برنج. در 2. دست راست و چپ قوانین

برای تعیین جهت EMF، باید از قانون "دست راست" استفاده کنید (شکل B.2، آ).با اعمال این قانون، جهت EMF را در هادی (از ما) تعیین می کنیم. اگر انتهای هادی به مقاومت خارجی کوتاه شود آر (مصرف کننده)، سپس تحت عمل EMF، جریانی از همان جهت در هادی ظاهر می شود. بنابراین، یک رسانا در یک میدان مغناطیسی را می توان در این مورد در نظر گرفت ابتداییژنراتور

در نتیجه تعامل جریان منبا یک میدان مغناطیسی، یک نیروی الکترومغناطیسی بر روی هادی ایجاد می شود

اف EM = BlI. (در 2)

جهت اجباری اف EM را می توان با قانون "دست چپ" تعیین کرد (شکل B.2، b ). در مورد مورد بررسی، این نیرو از راست به چپ هدایت می شود، یعنی. برخلاف جهت هادی بنابراین، در ژنراتور اولیه مورد بررسی، نیروی F EM نسبت به نیروی محرکه F ترمز می کند .

با حرکت یکنواخت هادی اف = اف EM . با ضرب هر دو قسمت معادله در سرعت هادی به دست می آید

F = F EM 

در این عبارت مقدار F EM را جایگزین کنید از (C.2):

F = BlI = EI (B.3)

سمت چپ برابری مقدار توان مکانیکی صرف شده برای حرکت هادی در میدان مغناطیسی را تعیین می کند. قسمت راست- مقدار توان الکتریکی ایجاد شده در یک مدار بسته توسط جریان الکتریکی I. علامت مساوی بین این قطعات نشان می دهد که در ژنراتور توان مکانیکی صرف شده توسط یک نیروی خارجی به توان الکتریکی تبدیل می شود.

اگر نیروی خارجی F به هادی اعمال نمی شود، اما از منبع برق، ولتاژ U را به آن اعمال کنید به طوری که جریان I در هادی جهت نشان داده شده در شکل 1 را داشته باشد. ب.1، ب , در این صورت فقط نیروی الکترومغناطیسی F EM روی هادی اثر می گذارد . تحت تأثیر این نیرو، هادی شروع به حرکت در یک میدان مغناطیسی می کند. در این حالت یک EMF در هادی با جهت مخالف ولتاژ U القا می شود. بنابراین، بخشی از ولتاژ U، اعمال شده بر روی هادی، EMF متعادل است E،در این هادی القا می شود و قسمت دیگر افت ولتاژ در هادی است:

U = E + Ir، (C.4)

جایی که r - مقاومت الکتریکی هادی

دو طرف معادله را در جریان ضرب کنید من:

UI \u003d EI + I 2 r.

جایگزین کردن به جای Eمقدار EMF از (B.1)، دریافت می کنیم

UI \u003d BlI + I 2 r،

یا طبق (B.2)

رابط کاربری =اف EM  + من 2 r. (ساعت 5)

از این برابری نتیجه می شود که برق (UI), ورود به هادی تا حدی به مکانیکی تبدیل می شود (F EM  ), و تا حدودی برای پوشش هزینه شده است تلفات الکتریکیدر کاوشگر ( من 2 r). بنابراین، یک هادی حامل جریان که در میدان مغناطیسی قرار می گیرد را می توان به عنوان عنصرموتور الکتریکی کانتینری

پدیده های در نظر گرفته شده به ما امکان می دهد نتیجه بگیریم: الف) برای هر ماشین الکتریکی، وجود یک محیط رسانای الکتریکی (رساناها) و یک میدان مغناطیسی که امکان حرکت متقابل را دارند الزامی است. ب) در حین کار یک ماشین الکتریکی، هم در حالت ژنراتور و هم در حالت موتور، القای EMF به طور همزمان در رسانایی که از میدان مغناطیسی عبور می کند مشاهده می شود و ظاهر نیرویی که بر رسانایی واقع در میدان مغناطیسی وارد می شود، مشاهده می شود. هنگامی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند؛ ج) تبدیل متقابل انرژی های مکانیکی و الکتریکی در یک ماشین الکتریکی می تواند در هر جهتی رخ دهد، یعنی. همان ماشین الکتریکی می تواند هم در حالت موتور و هم در حالت ژنراتور کار کند. به این خاصیت ماشین های الکتریکی می گویند برگشت پذیریاصل برگشت پذیری ماشین های الکتریکی اولین بار توسط دانشمند روسی E.X. Lenz ایجاد شد.

"ابتدایی" در نظر گرفته شد ژنراتور برقو موتور فقط اصل استفاده از قوانین و پدیده های اساسی جریان الکتریکی را در آنها منعکس می کند. در مورد طراحی، بیشتر ماشین های الکتریکی بر اساس اصل حرکت چرخشی قطعات متحرک آنها ساخته می شوند. علیرغم تنوع طرح‌های ماشین‌های الکتریکی، می‌توان طراحی کلی یک ماشین الکتریکی را تصور کرد. چنین طرحی (شکل B.3) از یک قسمت ثابت 1 تشکیل شده است که به نام استاتورو قسمت چرخشی 2 نامیده می شود roچنبرهروتور در سوراخ استاتور قرار دارد و با یک شکاف هوا از آن جدا می شود. یکی از این قسمت های دستگاه مجهز به عناصری است که میدان مغناطیسی را در دستگاه تحریک می کند (مثلاً آهنربای الکتریکی یا آهنربای دائمی) و دیگری دارای سیم پیچی است که معمولاً آن را می نامیم. کار کردندستگاه اسکاجهر دو قسمت ثابت دستگاه (استاتور) و قسمت متحرک (روتور) دارای هسته های ساخته شده از مواد مغناطیسی نرم هستند و مقاومت مغناطیسی کمی دارند.

برنج. V.Z. نمودار ساختاری تعمیم یافته یک ماشین الکتریکی

اگر ماشین الکتریکی در حالت ژنراتور کار کند، پس از چرخش روتور (تحت عملکرد موتور محرک)، یک EMF در هادی های سیم پیچ کار القا می شود و هنگامی که مصرف کننده متصل است، برق. در این حالت انرژی مکانیکی موتور محرک به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. اگر ماشین برای کار به عنوان یک موتور الکتریکی طراحی شده باشد، سیم پیچ کاری دستگاه به شبکه متصل می شود. در این حالت جریانی که در هادی های سیم پیچ ایجاد شده است با میدان مغناطیسی وارد شده و نیروهای الکترومغناطیسی روی روتور ایجاد می شود و باعث چرخش روتور می شود. در این حالت، انرژی الکتریکی مصرف شده توسط موتور از شبکه به انرژی مکانیکی که برای چرخش هر مکانیزم، ماشین ابزار و غیره صرف می شود، تبدیل می شود.

همچنین می توان ماشین های الکتریکی را طراحی کرد که در آنها سیم پیچ کار روی استاتور قرار گرفته و عناصر تحریک کننده میدان مغناطیسی روی روتور باشند. اصل کار دستگاه یکسان است.

محدوده توان ماشین های الکتریکی بسیار گسترده است - از کسری از وات تا صدها هزار کیلووات.

§ V.Z. طبقه بندی ماشین های الکتریکی

از ماشین های الکتریکی نیز برای تقویت توان استفاده می شود سیگنال های الکتریکی. این ماشین های الکتریکی نامیده می شوند تقویت کننده های الکتریکیماشین های الکتریکی که برای بهبود ضریب توان مصرف کنندگان برق استفاده می شوند نامیده می شوند جبران همزمانتوریماشین های الکتریکی مورد استفاده برای تنظیم ولتاژ جریان متناوب نامیده می شوند تنظیم کننده های القاییتوری

کاربرد بسیار متنوع ریز ماشین هادر اتوماسیون و دستگاه های فناوری کامپیوتری. در اینجا، ماشین های الکتریکی نه تنها به عنوان موتور، بلکه به عنوان موتور نیز استفاده می شوند تاکوژنراتورها(برای تبدیل سرعت چرخش به سیگنال الکتریکی)، سنکروها، ترانسفورماتورهای دوار(برای به دست آوردن سیگنال های الکتریکی متناسب با زاویه چرخش شفت) و غیره.

از مثال های ارائه شده، می توان دریافت که تقسیم بندی ماشین های الکتریکی با توجه به هدف آنها چقدر متنوع است.

طبقه بندی ماشین های الکتریکی را با توجه به اصل کار در نظر بگیرید که بر اساس آن تمام ماشین های الکتریکی به دو دسته براشلس و کلکتور تقسیم می شوند که هم در اصل کار و هم در طراحی متفاوت هستند. ماشین های براشلس ماشین های AC هستند. آنها به ناهمزمان و همزمان تقسیم می شوند. ماشین های آسنکرون عمدتا به عنوان موتور و ماشین های سنکرون هم به عنوان موتور و هم به عنوان ژنراتور استفاده می شوند. ماشین های جمع کننده عمدتاً برای عملیات DC به عنوان ژنراتور یا موتور استفاده می شوند. فقط ماشین های جمع کننده با قدرت کم موتورهای جهانی ساخته می شوند که می توانند هم از شبکه DC و هم از شبکه AC کار کنند.

ماشین‌های الکتریکی با همان اصل کار ممکن است در طرح‌های سوئیچینگ یا سایر ویژگی‌هایی که بر ویژگی‌های عملیاتی این ماشین‌ها تأثیر می‌گذارند، متفاوت باشند. به عنوان مثال، ماشین های ناهمزمان و سنکرون می توانند سه فاز باشند (شامل در شبکه سه فازخازن یا تک فاز. ماشین‌های ناهمزمان بسته به طراحی سیم‌پیچ روتور، به ماشین‌هایی با روتور قفس سنجابی و ماشین‌هایی با روتور فاز تقسیم می‌شوند. ماشین های سنکرون و ماشین های کلکتور DC بسته به روش ایجاد میدان مغناطیسی در آنها به ماشین های با سیم پیچ تحریکی و ماشین های دارای آهنربا دائمی تقسیم می شوند. روی انجیر B.4 نمودار طبقه بندی ماشین های الکتریکی است که شامل انواع اصلی ماشین های الکتریکی است که بیشترین استفاده را در یک محرک الکتریکی مدرن داشته اند. همین طبقه بندی ماشین های الکتریکی مبنای مطالعه درس "ماشین های الکتریکی" است.

به
دوره "ماشین های الکتریکی" علاوه بر ماشین های الکتریکی واقعی، امکان مطالعه ترانسفورماتورها را نیز فراهم می کند. ترانسفورماتورها مبدل های برق AC ساکن هستند. عدم وجود هر گونه قسمت چرخشی به ترانسفورماتورها طرحی می دهد که اساساً آنها را از ماشین های الکتریکی متمایز می کند. با این حال، اصل عملکرد ترانسفورماتورها و همچنین اصل کارکرد ماشین های الکتریکی مبتنی بر پدیده القای الکترومغناطیسی است و بنابراین بسیاری از مفاد نظریه ترانسفورماتورها اساس تئوری ماشین های الکتریکی AC را تشکیل می دهند.

ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورها عناصر اصلی هر سیستم قدرت یا تاسیسات هستند، بنابراین برای متخصصانی که در زمینه تولید یا بهره‌برداری ماشین‌های الکتریکی کار می‌کنند، دانش تئوری و درک ماهیت فیزیکی فرآیندهای الکترومغناطیسی، مکانیکی و حرارتی در حال وقوع است. ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتورها در طول کار آنها ضروری است.

کاتسمن ام. ام.
ماشین های برقی دستگاه های ابزار دقیقو ابزارهای اتوماسیون

کتابخانه
SEVMASHVTUZA

تایید شده توسط وزارت آموزش و پرورش فدراسیون روسیه به عنوان کمک آموزشی برای دانش آموزان موسسات آموزشی آموزش متوسطه حرفه ای

مسکو
2006

داوران: پروفسور S.N. Stomensky (گروه مهندسی کامپیوتر، دانشگاه دولتی چوواش)؛ S. Ts. Malinovskaya (دانشکده مهندسی رادیو مسکو).

کاتسمن ام. ام. ابزار دقیق ماشین آلات الکتریکی و تجهیزات اتوماسیون: Proc. کمک هزینه برای دانش آموزان موسسات متوسط پروفسور آموزش و پرورش / مارک میخایلوویچ کاتسمن. - م.: مرکز نشر "آکادمی"، 1385. - 368 ص.

که در راهنمای مطالعهاصل عملیات، دستگاه، نظریه پایه، ویژگی ها در نظر گرفته می شود انواع مختلفماشین‌های برقی قدرت و ترانسفورماتورهای کم مصرف (میکرو ماشین‌ها)، موتورهای اجرایی، ماشین‌های الکتریکی اطلاعاتی که بیشترین کاربرد را در تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون در حوزه‌های صنعتی عمومی و فناوری‌های خاص دارند.

برای دانش آموزان موسسات آموزشی آموزش متوسطه حرفه ای که در رشته های تخصصی "مهندسی ابزار" و "اتوماسیون و کنترل" تحصیل می کنند.

برای دانشجویان مؤسسات آموزش عالی و متخصصان درگیر در ابزار دقیق و اتوماسیون فرآیندهای تولید مفید خواهد بود.

ویراستار T. F. Melnikova
سردبیر فنی N. I. گورباچوا
چیدمان کامپیوتر: D. V. Fedotov
تصحیح کنندگان V. A. Zhilkina، G. N. Petrova

© Katsman M.M.، 2006
© مرکز آموزشی و انتشاراتی "آکادمی"، 1385
© طراحی. مرکز انتشارات "آکادمی"، 1385

پیشگفتار
معرفی
B.I. هدف از ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتور
در 2. طبقه بندی ماشین های الکتریکی

بخش اول. ترانسفورماتورها و ماشین های برقی با توان کم

بخش 1 ترانسفورماتورها

فصل 1. ترانسفورماتورهای قدرت
1.1. هدف و اصل عملیات ترانس برق 9
1.2. دستگاه ترانسفورماتور 12
1.3. وابستگی ها و نسبت های اساسی در ترانسفورماتور 14
1.4. تلفات و راندمان ترانسفورماتور 16
1.5. تست های بیکار و مدار کوتاهمبدل ها
1.6. تغییر ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور 20
1.7. ترانسفورماتورهای سه فاز و چند سیم پیچ 21
1.8. ترانسفورماتورهای یکسو کننده 24
1.9. اتوترانسفورماتورها

فصل 2. دستگاه های ترانسفورماتور با خواص ویژه
2.1. ترانسفورماتورهای اوج 31
2.2. ترانسفورماتورهای پالس 33
2.3. ضرب کننده های فرکانس 35
2.4. تثبیت کننده های ولتاژ 39
2.5. ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ و جریان

بخش دوم ماشین های برقی با توان کم

فصل 3. موتورهای سه فاز ناهمزمان با روتور قفس سنجابی
3.1. اصل عملکرد یک موتور سه فاز ناهمزمان
3.2. دستگاه موتورهای سه فاز آسنکرون
3.3. مبانی تئوری موتور ناهمزمان سه فاز
3.4. تلفات و راندمان موتور القایی
3.5. گشتاور الکترومغناطیسی یک موتور القایی
3.6. تاثیر ولتاژ شبکه و مقاومت فعالسیم پیچ روتور روی مشخصه مکانیکی
3.7. مشخصات عملکرد موتورهای سه فاز آسنکرون
3.8. خواص راه اندازی موتورهای سه فاز آسنکرون
3.9. کنترل سرعت موتورهای سه فاز ناهمزمان
3.9.1. کنترل سرعت با تغییر مقاومت فعال در مدار روتور
3.9.2. کنترل سرعت با تغییر فرکانس ولتاژ تغذیه
3.9.3. کنترل سرعت با تغییر ولتاژ ورودی
3.9.4. کنترل سرعت با تغییر تعداد قطب های سیم پیچ استاتور
3.9.5. کنترل سرعت نبض
3.10. موتورهای القایی خطی
3.11. شروع کنترل موتور ناهمزمان سه فاز با روتور قفس سنجابی با استفاده از کنتاکتور غیر معکوس

فصل 4. موتورهای القایی تک فاز و خازن
4.1. اصل عملکرد یک موتور ناهمزمان تک فاز
4.2. مشخصات مکانیکی موتور ناهمزمان تک فاز
4.3. راه اندازی موتور آسنکرون تک فاز
4.4. موتورهای القایی خازن
4.5. روشن کردن موتور سه فاز آسنکرون در شبکه تک فاز
4.6. موتورهای آسنکرون تک فاز با قطب های سایه دار
4.7. ماشین های ناهمزمان با روتور فاز قفل شده

فصل 5 ماشین های سنکرون
5.1. اطلاعات کلی در مورد ماشین های سنکرون
5.2. ژنراتورهای سنکرون
5.2.1. اصل عملکرد یک ژنراتور سنکرون
5.2.2. واکنش آرمیچر در ژنراتور سنکرون
5.2.3. معادلات ولتاژ ژنراتور سنکرون
5.2.4. ویژگی های ژنراتور سنکرون
5.2.5. ژنراتورهای سنکرون که توسط آهنرباهای دائمی تحریک می شوند
5.3. موتورهای سنکرون با تحریک الکترومغناطیسی
5.3.1. اصل عملکرد و دستگاه یک موتور سنکرون تک قطبی با تحریک الکترومغناطیسی
5.3.2. راه اندازی یک موتور سنکرون با تحریک الکترومغناطیسی
5.3.3. تلفات، راندمان و گشتاور الکترومغناطیسی موتور سنکرون با تحریک الکترومغناطیسی
5.4. موتورهای سنکرون آهنربای دائمی
5.5. موتورهای سنکرون چند قطبی کم سرعت
5.5.1. موتورهای سنکرون تک فاز کم سرعت از انواع DSO32 و DSOR32
5.5.2. موتورهای سنکرون خازن با سرعت پایین از انواع DSK و DSRK
5.6. موتورهای جت سنکرون
5.7. موتورهای هیسترزیس سنکرون
5.8. موتورهای ریلوکتانس هیسترزیس با قطب های محافظ
5.9. ماشین های سنکرون سلف
5.9.1. ژنراتورهای سنکرون سلف
5.9.2. موتورهای سنکرون سلف
5.10. موتورهای سنکرون با کاهش سرعت الکترومکانیکی
5.10.1. موتورهای سنکرون روتور نورد (DKR)
5.10.2. موتورهای سنکرون موجی

فصل 6
6.1. اصل عملکرد ماشین های جمع کننده DC
6.2. دستگاه دستگاه کلکتور DC
6.3. نیروی الکتروموتور و ممان الکترومغناطیسی یک ماشین جمع کننده DC
6.4. میدان مغناطیسی یک ماشین DC. واکنش لنگر
6.5. سوئیچینگ در ماشین های کلکتور DC
6.6. روش هایی برای بهبود سوئیچینگ و سرکوب تداخل رادیویی
6.7. تلفات و کارایی ماشین های کلکتور DC
6.8. موتورهای DC برس
6.8.1. وابستگی ها و نسبت های اساسی
6.8.2. موتورهای تحریک مستقل و موازی
6.8.3. تنظیم فرکانس چرخش موتورهای تحریک مستقل و موازی
6.8.4. موتورهای تحریک متوالی
6.9. موتورهای کموتاتور جهانی
6.10. تثبیت سرعت موتورهای DC
6.11. ژنراتورهای DC
6.11.1. مولد تحریک مستقل
6.11.2. مولد تحریک موازی

فصل 7. ماشین های الکتریکی با طرح ها و خواص خاص
7.1. موتورهای ژیروسکوپی
7.1.1. قرار ملاقات و خواص ویژهموتورهای ژیروسکوپی
7.1.2. طراحی موتورهای ژیروسکوپی
7.2. مبدل ماشین های الکتریکی
7.2.1. مبدل ماشین های الکتریکی از نوع موتور ژنراتور
7.2.2. مبدل های تک بازویی
7.3. تقویت کننده های قدرت ماشین های الکتریکی
7.3.1. مفاهیم اساسی
7.3.2. تقویت کننده های میدان عرضی الکتروماشین

فصل 8 موتورهای BLDC
8.1. مفاهیم اساسی
8.2. فرآیند موتور براشلس
8.3. موتور کم مصرف DC BLDC

فصل 9
9.1. الزامات موتورهای اجرایی و طرح های کنترلی برای موتورهای اجرایی جریان مستقیم
9.2. کنترل آرمیچر محرک های جریان مستقیم
9.3. کنترل قطب محرک های DC
9.4. ثابت زمانی الکترومکانیکی محرک های DC
9.5. کنترل پالس محرک DC
9.6. طرح های محرک DC
9.6.1. سروموتور DC آرمیچر توخالی
9.6.2. موتورهای DC با سیم پیچ آرمیچر چاپی
9.6.3. موتور DC آرمیچر صاف (بدون شکاف).

فصل 10
10.1. راه های کنترل موتورهای اجرایی ناهمزمان
10.2. خودکششی در موتورهای آسنکرون اجرایی و راه های رفع آن
10.3. دستگاه موتور ناهمزمان اجرایی با روتور غیر مغناطیسی توخالی
10.4. ویژگی های یک موتور ناهمزمان اجرایی با روتور غیر مغناطیسی توخالی
10.5. موتور ناهمزمان اجرایی با روتور قفس سنجابی
10.6. موتور ناهمزمان اجرایی با روتور فرومغناطیسی توخالی
10.7. ثابت زمانی الکترومکانیکی موتورهای ناهمزمان اجرایی
10.8. محرک های گشتاور

فصل 11
11.1. مفاهیم اساسی
11.2. موتورهای پله ای با روتور پسیو
11.3. موتورهای پله ای با روتور فعال
11.4. موتورهای پله ای سلف
11.5. پارامترهای اساسی و حالت های عملکرد موتورهای پله ای

فصل 12
12.1. نمونه هایی از کاربرد موتورهای آسنکرون اجرایی و موتورهای DC
12.2. مثال کاربردی یک استپر موتور اجرایی
12.3. موتورهای الکتریکی برای خوانندگان رانندگی
12.3.1. درایوهای نوار
12.3.2. درایو الکتریکی دستگاه ها برای خواندن اطلاعات از دیسک های نوری

بخش IV اطلاعات ماشین آلات الکتریکی

فصل 13
13.1. تعیین تاکوژنراتورها و الزامات آنها
13.2. تاکوژنراتورهای AC
13.3. تاکوژنراتورهای DC
13.4. نمونه هایی از کاربرد تاکوژنراتورها در دستگاه های اتوماسیون صنعتی
13.4.1. استفاده از تاکوژنراتورها به عنوان سنسور سرعت
13.4.2. استفاده از تاکوژنراتور به عنوان دبی سنج
13.4.3. استفاده از تاکوژنراتور در یک محرک الکتریکی با نگاتیو بازخوردبا سرعت

فصل 14
14.1. مفاهیم اساسی
14.2. سیستم نشانگر انتقال از راه دور زاویه
14.3. همگام سازی لحظات selsyns در سیستم نشانگر
14.4. سیستم انتقال از راه دور زاویه ترانسفورماتور
14.5. طراحی همگام
14.6. سلسین دیفرانسیل
14.7. منیزین ها
14.8. نمونه هایی از استفاده از selsyns در دستگاه های اتوماسیون صنعتی
14 8 1 ثبت نرخ تغذیه ابزار در دکل های حفاری
14.8.2. تنظیم نسبت "سوخت به هوا" در یک کوره متالورژی

فصل 15 ترانسفورماتورهای دوار
15.1. هدف و دستگاه ترانسفورماتورهای دوار
15.2. ترانسفورماتور روتاری سینوسی کسینوس
15.2.1. ترانسفورماتور چرخشی سینوسی کسینوس در حالت سینوسی
15.2.2. ترانسفورماتور دوار سینوسی کسینوس در حالت سینوسی کسینوس
15.2.3. ترانسفورماتور چرخشی سینوسی کسینوس در حالت مقیاس بندی
15.2.4. ترانسفورماتور دوار سینوسی کسینوس در حالت شیفتر فاز
15.3. ترانسفورماتور دوار خطی
15.4. سیستم ترانسفورماتور برای انتقال از راه دور زاویه روی ترانسفورماتورهای دوار

کتابشناسی - فهرست کتب
نمایه موضوعی

پیشگفتار

در زمینه رشد سطح فنی تولید و معرفی اتوماسیون یکپارچه فرآیندهای تکنولوژیکی، مسائل مربوط به آموزش با کیفیت بالا از متخصصانی که مستقیماً در عملیات و طراحی سیستم های اتوماسیون دخیل هستند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در مجموعه وسیعی از ابزار دقیق و اتوماسیون، جایگاه پیشرو توسط ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتورهای کم توان (میکرو ماشین ها) اشغال شده است.

در این کتاب اصل عملکرد، دستگاه، ویژگی‌های عملکرد و طراحی ماشین‌های الکتریکی کم‌مصرف و ترانسفورماتورها که به طور گسترده برای هدایت مکانیزم‌ها و دستگاه‌های مورد استفاده در تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند، توضیح می‌دهد. عناصر ماشین الکتریکی که اساس مدرن را تشکیل می دهند سیستم های اتوماتیک: محرک‌های جریان مستقیم و متناوب، تقویت‌کننده‌های ماشین‌های الکتریکی، مبدل‌های دوار، موتورهای پله‌ای، ماشین‌های الکتریکی اطلاعاتی (تاکوژنراتورها، سلسین‌ها، مگنزین‌ها، ترانسفورماتورهای دوار)، موتورهای الکتریکی دستگاه‌های ژیروسکوپی.

هدف این کتاب این است که به متخصص آینده بیاموزد که موتورهای الکتریکی قدرت و عناصر ماشین الکتریکی اتوماسیون را به طور منطقی و صحیح در ابزار دقیق و تجهیزات اتوماسیون به کار گیرد.

نویسنده با در نظر گرفتن ویژگی های تدریس دانش آموزان در دانشکده ها و دانشکده های فنی، در ارائه مطالب کتاب، توجه ویژه ای به ماهیت فیزیکی پدیده ها و فرآیندهایی داشته است که عملکرد دستگاه های مورد نظر را توضیح می دهد. روش ارائه درس اتخاذ شده در کتاب مبتنی بر تجربه چندین ساله تدریس در مؤسسات آموزشی دوره متوسطه حرفه ای است.

معرفی

در 1. هدف از ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتور

سطح فنی هر شرکت تولیدی مدرن در درجه اول توسط وضعیت اتوماسیون و مکانیزاسیون جامع فرآیندهای اصلی فناوری ارزیابی می شود. در عین حال، اتوماسیون نه تنها کار فیزیکی، بلکه ذهنی نیز اهمیت فزاینده ای پیدا می کند.

سیستم های خودکار شامل طیف گسترده ای از عناصر هستند که نه تنها در هدف عملکردی خود، بلکه در اصل عملکرد نیز متفاوت هستند. در میان بسیاری از عناصر تشکیل دهنده مجتمع های خودکار، مکان مشخصی توسط عناصر ماشین الکتریکی اشغال شده است. اصل عملکرد و طراحی این عناصر یا عملاً با ماشین های الکتریکی تفاوتی ندارد (آنها موتورهای الکتریکی یا ژنراتورهای الکتریکی هستند) یا از نظر طراحی و فرآیندهای الکترومغناطیسی که در آنها اتفاق می افتد بسیار نزدیک به آنها هستند.

ماشین الکتریکی وسیله ای الکتریکی است که تبدیل متقابل انرژی الکتریکی و مکانیکی را انجام می دهد.

اگر هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت کند بنابراین. به طوری که از خطوط مغناطیسی نیرو عبور کند، نیروی الکتروموتور (EMF) در این هادی القا می شود. هر ماشین الکتریکی از یک قسمت ثابت و یک قسمت متحرک (دوار) تشکیل شده است. یکی از این قسمت ها (سلف) میدان مغناطیسی ایجاد می کند و دیگری سیم پیچی دارد که سیستمی از هادی ها است. اگر انرژی مکانیکی به یک ماشین الکتریکی عرضه شود، به عنوان مثال. قسمت متحرک آن را بچرخانید، سپس، مطابق با قانون القای الکترومغناطیسی، یک EMF در سیم پیچ کاری آن القا می شود. اگر هر مصرف کننده انرژی الکتریکی به پایانه های این سیم پیچ متصل شود، جریان الکتریکی در مدار ظاهر می شود. بنابراین، در نتیجه فرآیندهایی که در ماشین اتفاق می‌افتد، انرژی مکانیکی چرخش به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. ماشین های الکتریکی که چنین تبدیلی را انجام می دهند ژنراتور الکتریکی نامیده می شوند. ژنراتورهای الکتریکی اساس صنعت برق را تشکیل می دهند - آنها در نیروگاه ها استفاده می شوند، جایی که انرژی مکانیکی توربین ها را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

اگر هادی در میدان مغناطیسی عمود بر خطوط مغناطیسی نیرو قرار گیرد و جریان الکتریکی از آن عبور کند، در نتیجه برهمکنش این جریان با سقف مغناطیسی، نیروی مکانیکی بر هادی وارد می شود. بنابراین، اگر سیم پیچ کاری یک ماشین الکتریکی به یک برس انرژی الکتریکی متصل شود، جریانی در آن ظاهر می شود و از آنجایی که این سیم پیچ در میدان مغناطیسی سلف است، نیروهای مکانیکی بر هادی های آن وارد می شود. تحت تأثیر این نیروها، قسمت متحرک ماشین الکتریکی شروع به چرخش می کند. [در این صورت انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. ماشین های الکتریکی که چنین تبدیلی را انجام می دهند، موتور الکتریکی نامیده می شوند. موتورهای الکتریکی به طور گسترده در محرک الکتریکی ماشین ابزار، جرثقیل، وسایل نقلیه، لوازم خانگی و غیره استفاده می شود.

ماشین های الکتریکی دارای خاصیت برگشت پذیری هستند، یعنی. این ماشین الکتریکی می تواند هم به عنوان ژنراتور و هم به عنوان موتور عمل کند. همه چیز به نوع انرژی تامین شده به دستگاه بستگی دارد. با این حال، معمولاً هر ماشین الکتریکی هدف خاصی دارد: یا یک ژنراتور یا یک موتور.

اساس ایجاد ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتورها قانون القای الکترومغناطیسی کشف شده توسط M. Faraday بود. شروع کنید کاربرد عملیماشین های الکتریکی [توسط آکادمیک B.S. Yakobi، که در سال 1834 طرح یک ماشین الکتریکی را ایجاد کرد، که نمونه اولیه یک موتور الکتریکی جمع کننده مدرن بود، تأسیس شد.

اختراع موتور سه فاز آسنکرون توسط مهندس روسی M.O.

با آغاز قرن XX. بیشتر انواع ماشین های الکتریکی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند ساخته شده اند.

دانلود کتاب درسی ابزار دقیق و اتوماسیون ماشین های الکتریکی. مسکو، مرکز انتشارات "آکادمی"، 2006

آموزش حرفه ای متوسطه

"موسسه فدرال برای توسعه آموزش" به عنوان یک کتاب درسی برای استفاده در فرآیند آموزشیموسسات آموزشی اجرای استانداردهای آموزشی ایالتی فدرال آموزش متوسطه حرفه ای در گروه تخصص های 140400 "انرژی برق و مهندسی برق"

چاپ دوازدهم کلیشه ای

R e c e n s e n t:

E. P. Rudobaba (الکترومکانیک عصر مسکو

آنها را به دانشگاه برسان L. B. Krasina)

کاتسمن ام. ام.

K 307 ماشین های الکتریکی: کتاب درسی برای دانش آموزان. موسسات متوسط پروفسور آموزش و پرورش / M. M. Katsman. - چاپ دوازدهم، ster. - م : مرکز انتشارات فرهنگستان، 1392. - 496 ص.

ISBN 978&5&7695&9705&3

کتاب درسی به بحث تئوری، اصل عملکرد، طراحی و تحلیل حالت‌های عملکرد ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورها اعم از عمومی و خاص می‌پردازد که در شاخه‌های مختلف فناوری رواج یافته‌اند.

هنگام تسلط بر ماژول حرفه ای PM.01 می توان از کتاب درسی استفاده کرد. “سازمان نگهداری و تعمیر تجهیزات الکتریکی و الکترومکانیکی” (MDK.01.01)، تخصص 140448 “عملیات فنی و نگهداری تجهیزات الکتریکی و الکترومکانیکی”.

برای دانش آموزان مؤسسات آموزش متوسطه حرفه ای. ممکن است برای دانشجویان دانشگاه مفید باشد.

UDC 621.313(075.32) BBK 31.26ya723

طرح اصلی این نشریه متعلق به مرکز انتشارات آکادمی است و کپی برداری از آن به هر نحوی بدون رضایت صاحب حق نشر ممنوع می باشد.

© M. M. Katsman، 2006

© T.I. Svetova، وارث Katsman M. M.، 2011

© آموزشی و انتشاراتیمرکز "آکادمی"، 1390

ISBN 978 5 7695 9705 3 © طراحی. مرکز انتشارات "آکادمی"، 1390

پیشگفتار

کتاب درسی بر اساس نوشته شده است برنامه های درسیموضوع «ماشین های الکتریکی» برای رشته های تخصصی «ماشین ها و دستگاه های الکتریکی»، «عایق های برق، تجهیزات کابل و خازن» و «عملیات فنی، نگهداری و تعمیر تجهیزات برق و الکترومکانیکی» هنرستان های متوسطه.

این کتاب شامل مبانی تئوری، شرح طرح ها و تجزیه و تحلیل خواص عملیاتی ترانسفورماتورها و ماشین های الکتریکی است. علاوه بر این، نمونه هایی از حل مسئله را ارائه می دهد که بدون شک به درک بهتر موضوعات مورد مطالعه کمک می کند.

کتاب درسی ترتیب زیر را برای ارائه مطالب اتخاذ کرد: ترانسفورماتورها، ماشین های ناهمزمان، ماشین های سنکرون، ماشین های جمع کننده. این دنباله مطالعه، جذب دوره را تسهیل می کند و به طور کامل با وضعیت فعلی و روند توسعه مهندسی برق مطابقت دارد. همراه با ماشین های برقی همه منظورهکتاب درسی برخی از انواع ترانسفورماتورها و ماشین های الکتریکی را برای اهداف خاص مورد بحث قرار می دهد، اطلاعاتی در مورد آن ارائه می دهد سطح فنیسری مدرن ماشین های الکتریکی با شرح ویژگی های طراحی آنها.

تمرکز کتاب درسی بر آشکار کردن ماهیت فیزیکی پدیده‌ها و فرآیندهایی است که عملکرد دستگاه‌های مورد بررسی را تعیین می‌کنند.

روش ارائه مطالب اتخاذ شده در کتاب مبتنی بر تجربه چندین ساله در آموزش مبحث "ماشین های الکتریکی" است.

معرفی

در 1. هدف از ماشین های الکتریکی

و ترانسفورماتورها

الکتریسیته سازی معرفی گسترده ای به صنعت، کشاورزی، حمل و نقل و زندگی روزمره انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه های قدرتمند است که توسط شبکه های الکتریکی فشار قوی به سیستم های انرژی متصل می شوند.

برق رسانی توسط دستگاه های تولید شده توسط صنعت برق انجام می شود. شاخه اصلی این صنعت می باشد مهندسی برقفعال در توسعه و ساخت ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتور.

ماشین الکتریکییک وسیله الکترومکانیکی است که تبدیل متقابل انرژی های مکانیکی و الکتریکی را انجام می دهد. انرژی الکتریکی در نیروگاه ها توسط ماشین های الکتریکی تولید می شود - ژنراتورهایی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

بخش عمده ای از الکتریسیته (تا 80 درصد) در نیروگاه های حرارتی تولید می شود، جایی که وقتی سوخت های شیمیایی (زغال سنگ، ذغال سنگ نارس، گاز) می سوزند، آب گرم شده و به بخار با فشار بالا تبدیل می شود. دومی به توربین بخار تغذیه می شود، جایی که با انبساط، باعث چرخش روتور توربین می شود (انرژی گرمایی در توربین به انرژی مکانیکی تبدیل می شود). چرخش روتور توربین به شفت ژنراتور (ژنراتور توربین) منتقل می شود. در نتیجه فرآیندهای الکترومغناطیسی که در ژنراتور اتفاق می افتد، انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

فرآیند تولید برق در نیروگاه های هسته ای مشابه فرآیند نیروگاه حرارتی است و تنها تفاوت آن در این است که به جای سوخت شیمیایی از سوخت هسته ای استفاده می شود.

در نیروگاه های هیدرولیک، فرآیند تولید برق به شرح زیر است: آب افزایش یافته توسط سد تا یک سطح معین به پروانه توربین هیدرولیک تخلیه می شود. انرژی مکانیکی حاصل با چرخاندن چرخ توربین به شفت ژنراتور الکتریکی (هیدروژنراتور) منتقل می شود که در آن انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

در فرآیند مصرف انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی (حرارتی، مکانیکی، شیمیایی) تبدیل می شود. حدود 70 درصد از الکتریسیته برای به حرکت درآوردن ماشین ابزار، مکانیزم ها، وسایل نقلیه، یعنی برای قبل استفاده می شود.

تبدیل آن به انرژی مکانیکی این تبدیل توسط ماشین های الکتریکی انجام می شود - موتورهای الکتریکی.

موتور الکتریکی عنصر اصلی درایو الکتریکی ماشین های کار است. قابلیت کنترل خوب انرژی الکتریکی و سادگی توزیع آن باعث شده است که در صنعت از محرک الکتریکی چند موتوره ماشین‌های کار استفاده شود، زمانی که پیوندهای جداگانه ماشین کار توسط موتورهای خود به حرکت در می‌آیند. یک درایو چند موتوره مکانیسم یک ماشین کار را بسیار ساده می کند (تعداد چرخ دنده های مکانیکی که قطعات جداگانه دستگاه را به هم وصل می کنند کاهش می یابد) و فرصت های بزرگی در خودکارسازی فرآیندهای مختلف فناوری ایجاد می کند. موتورهای الکتریکی به طور گسترده ای در حمل و نقل به عنوان موتورهای کششی که مجموعه چرخ های لوکوموتیوهای الکتریکی، قطارهای الکتریکی، واگن برقی و غیره را به حرکت در می آورند استفاده می شود.

اخیراً استفاده از ماشین های الکتریکی کم مصرف به طور قابل توجهی افزایش یافته است - میکرو ماشین هایی با توان از کسری از یک وات تا چند صد وات. چنین ماشین های الکتریکی در ابزار دقیق، تجهیزات اتوماسیون و لوازم خانگی - جاروبرقی، یخچال، فن و غیره استفاده می شود. قدرت این موتورها کم است، طراحی ساده و قابل اعتماد است و در مقادیر زیادی تولید می شوند.

انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه ها باید به محل مصرف آن، در درجه اول به مراکز صنعتی بزرگ کشور که صدها و گاهی هزاران کیلومتر از نیروگاه های قدرتمند فاصله دارند، منتقل شود. اما برای انتقال برق کافی نیست. باید بین انواع مصرف کنندگان توزیع شود - شرکت های صنعتی، ساختمان های مسکونی، و غیره. برق در فواصل طولانی با ولتاژ بالا (تا 500 کیلو ولت یا بیشتر) منتقل می شود که حداقل تلفات الکتریکی را در خطوط برق تضمین می کند. بنابراین در فرآیند انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، افزایش و کاهش مکرر ولتاژ ضروری است. این فرآیند توسط دستگاه های الکترومغناطیسی به نام انجام می شود مبدل ها. ترانسفورماتور یک ماشین الکتریکی نیست، زیرا عملکرد آن مربوط به تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی یا بالعکس نیست. ترانسفورماتورها فقط ولتاژ انرژی الکتریکی را تبدیل می کنند. علاوه بر این، ترانسفورماتور یک دستگاه استاتیک است و هیچ قطعه متحرکی ندارد. با این حال، فرآیندهای الکترومغناطیسی که در ترانسفورماتورها اتفاق می‌افتد مشابه فرآیندهایی است که در حین کار ماشین‌های الکتریکی اتفاق می‌افتد. علاوه بر این، ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورها با ماهیت مشترک فرآیندهای الکترومغناطیسی و انرژی که در طول برهمکنش یک میدان مغناطیسی و یک هادی با جریان رخ می‌دهند، مشخص می‌شوند. به این دلایل، ترانسفورماتورها بخشی جدایی ناپذیر از دوره ماشین های الکتریکی را تشکیل می دهند.

مبانی نظری برای عملکرد ماشین های الکتریکی در سال 1821 توسط M. Faraday پایه گذاری شد که امکان تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را ایجاد کرد و اولین مدل موتور الکتریکی را ایجاد کرد. نقش مهمی در توسعه ماشین های الکتریکی توسط دانشمندان D. Maxwell و E. X. Lenz ایفا شد. ایده تبدیل متقابل انرژی های الکتریکی و مکانیکی دریافت شده است پیشرفتهای بعدیدر آثار دانشمندان برجسته روسی B. S. Yakobi و M. O. Dolivo Dobrovolsky که طرح هایی از موتورهای الکتریکی را برای استفاده عملی ایجاد و ایجاد کردند.

شایستگی های بزرگ در ایجاد ترانسفورماتورها و کاربرد عملی آنها متعلق به مخترع قابل توجه روسی P.N. Yablochkov است. در آغاز قرن بیستم، تقریباً تمام انواع اصلی ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورها ایجاد شد و پایه‌های تئوری آنها توسعه یافت.

که در در حال حاضر، مهندسی برق داخلی به موفقیت چشمگیری دست یافته است. پیشرفت فنی بیشتر، اجرای عملی دستاوردهای مهندسی برق در توسعه واقعی دستگاه های محرک الکتریکی برای دستگاه های صنعتی و لوازم خانگی را به عنوان وظیفه اصلی تعریف می کند. وظیفه اصلی پیشرفت علمی و فناوری، تجهیز مجدد فنی و بازسازی تولید است. نقش مهمی در حل این مشکل به برق داده می شود. در عین حال، لازم است افزایش نیازهای زیست محیطی برای منابع برق در نظر گرفته شود و در کنار موارد سنتی، توسعه روش های سازگار با محیط زیست (جایگزین) برای تولید برق با استفاده از انرژی خورشید، باد، دریا ضروری است. جزر و مد و منابع حرارتی

که در در شرایط توسعه علمی و فناوری، کارهای مربوط به بهبود کیفیت ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورهای تولید شده از اهمیت بالایی برخوردار است. راه حل این مشکل ابزار مهمی برای توسعه همکاری های اقتصادی بین المللی است. موسسات دانشگاهی مربوطه

و شرکت های صنعتی روسیه در حال کار بر روی ایجاد انواع جدیدی از ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتور هستند که الزامات مدرن را برای کیفیت و شاخص های فنی و اقتصادی محصولات خود برآورده می کنند.

در 2. ماشین های الکتریکی - الکترومکانیکی

مبدل های انرژی

مطالعه ماشین های الکتریکی بر اساس دانش ماهیت فیزیکی پدیده های الکتریکی و مغناطیسی ارائه شده در درس "مبانی نظری مهندسی برق" است. بنابراین، قبل از

برنج. در 2. قوانین دست راستالف) و "چپ دست" (ب)

برنج. ب.1. به مفاهیم "مولد اولیه" (الف) و "موتور اولیه" (ب)

قبل از شروع مطالعه درس "ماشین های الکتریکی"، بیایید معنای فیزیکی برخی از قوانین و پدیده هایی را که زیربنای اصل عملکرد ماشین های الکتریکی است، در درجه اول قانون القای الکترومغناطیسی، یادآوری کنیم.

در حین کار یک ماشین الکتریکی در حالت ژنراتور، انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. این فرآیند بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی: اگر یک نیروی خارجی F بر روی رسانایی که در میدان مغناطیسی قرار دارد وارد شود و آن را به حرکت درآورد (شکل B.1، a)، به عنوان مثال، از چپ به راست عمود بر بردار القایی B میدان مغناطیسی با سرعت v، سپس یک نیروی الکتروموتور (EMF) در هادی القا می شود

که در آن B - القای مغناطیسی، T; l طول فعال هادی است، یعنی طول قسمتی که در میدان مغناطیسی قرار دارد، m. v - سرعت هادی، m/s.

برای تعیین جهت EMF، باید از قانون "دست راست" استفاده کنید (شکل B.2، a). با اعمال این قانون، جهت EMF را در هادی ("از ما") تعیین می کنیم. اگر تمام شود

هادی ها به مقاومت خارجی R (مصرف کننده) بسته می شوند، سپس تحت عمل EMF E

جریانی در همان جهت در هادی ظاهر می شود. بنابراین

بنابراین، یک رسانا در یک میدان مغناطیسی را می توان در این مورد در نظر گرفت ژنراتور ابتدایی، که در آن انرژی مکانیکی صرف حرکت هادی با

stu v.

در نتیجه برهمکنش جریان I با میدان مغناطیسی، نیروی الکترومغناطیسی وارد بر هادی می شود.

جهت نیروی Fem را می توان با قانون "دست چپ" تعیین کرد (شکل B.2، b). در مورد مورد بررسی، این نیرو از راست به چپ، یعنی مخالف حرکت هادی هدایت می شود. بنابراین، در مولد اولیه مورد بررسی، نیروی Fem نسبت به نیروی محرکه F در حال کند شدن است. با حرکت یکنواخت هادی، این نیروها برابر هستند، یعنی F = Fem. با ضرب دو طرف معادله در سرعت هادی v، به دست می آید

Fv = Fem v.

با جایگزینی مقدار Fem از (B.2) به این عبارت، به دست می آوریم

سمت چپ معادله (B.3) مقدار توان مکانیکی صرف شده برای حرکت رسانا در میدان مغناطیسی را تعیین می کند. سمت راست مقدار توان الکتریکی است که در یک مدار بسته توسط جریان الکتریکی I ایجاد می شود. علامت مساوی بین این قطعات یک بار دیگر تأیید می کند که در ژنراتور توان مکانیکی Fv صرف شده توسط یک نیروی خارجی به توان الکتریکی EI تبدیل می شود.

اگر یک نیروی خارجی F به هادی اعمال نشود، اما یک ولتاژ U از یک منبع برق به آن اعمال شود به طوری که جریان I در هادی جهت نشان داده شده در شکل 1 را داشته باشد. B.1، b، سپس فقط نیروی الکترومغناطیسی Fem روی هادی اثر می گذارد. تحت تأثیر این نیرو، هادی شروع به حرکت در یک میدان مغناطیسی می کند. در این حالت یک EMF در هادی با جهت مخالف ولتاژ U القا می شود. بنابراین بخشی از ولتاژ U اعمال شده به هادی توسط EMF E القا شده در این هادی متعادل می شود و قسمت دیگر ولتاژ است. رها کردن هادی:

از این برابری نتیجه می شود که توان الکتریکی (UI) که از شبکه به هادی عرضه می شود تا حدی به توان مکانیکی (Fem v) تبدیل می شود و تا حدی برای پوشش تلفات الکتریکی در هادی (I2 r) هزینه می شود. بنابراین، یک هادی حامل جریان که در میدان مغناطیسی قرار می گیرد را می توان به عنوان موتور الکتریکی ابتدایی.

پدیده های توصیف شده به ما امکان می دهد نتیجه گیری کنیم:

الف) برای هر ماشین الکتریکی، وجود یک محیط رسانای الکتریکی (رساناها) و یک میدان مغناطیسی که می توانند متقابل حرکت کنند اجباری است.

ب) در حین کار یک ماشین الکتریکی، هم در حالت ژنراتور و هم در حالت موتور، القای EMF در رسانایی که از میدان مغناطیسی عبور می کند، به طور همزمان مشاهده می شود و ظاهر نیروی مکانیکی وارد بر هادی واقع در میدان مغناطیسی، هنگامی که یک جریان الکتریکی از آن جریان می گذرد.

ج) تبدیل متقابل انرژی های مکانیکی و الکتریکی در یک ماشین الکتریکی می تواند در هر جهتی اتفاق بیفتد، یعنی همان ماشین الکتریکی می تواند به عنوان کار کند.

V حالت موتور و در حالت ژنراتور؛ این خاصیت ماشین های الکتریکی نامیده می شودبرگشت پذیری

ژنراتور و موتور الکتریکی "ابتدایی" در نظر گرفته شده تنها منعکس کننده اصل استفاده از قوانین اساسی و پدیده های جریان الکتریکی در آنها است. در مورد طراحی، اکثر ماشین های الکتریکی بر اساس اصل حرکت چرخشی قسمت متحرک آنها ساخته می شوند. علیرغم تنوع زیاد طرح‌های ماشین‌های الکتریکی، می‌توان طراحی کلی یک ماشین الکتریکی را تصور کرد. چنین طرحی (شکل B.3) از یک قسمت ثابت 1 به نام استاتور و یک قسمت دوار 2 به نام روتور تشکیل شده است. روتور قرار دارد

V سوراخ استاتور و با یک شکاف هوا از آن جدا می شود. یکی از این قسمت‌های دستگاه مجهز به عناصری است که هیجان‌انگیز است

V ماشین دارای یک میدان مغناطیسی است (مثلاً یک آهنربای الکتریکی یا یک آهنربای دائمی) و دیگری دارای یک سیم پیچ است که ما به صورت مشروط

سیم پیچ کاری دستگاه را صدا بزنید. هر دو قسمت ثابت ماشین (استاتور) و قسمت متحرک (روتور) دارای هسته های ساخته شده از مواد مغناطیسی نرم با مقاومت مغناطیسی کم هستند.

اگر ماشین الکتریکی در حالت ژنراتور کار می کند، پس

برنج. در ساعت 3. نمودار ساختاری تعمیم یافته یک ماشین الکتریکی

هنگامی که روتور می چرخد ​​(تحت عمل موتور محرک)، یک EMF در هادی های سیم پیچ کار القا می شود و هنگامی که مصرف کننده متصل است، یک جریان الکتریکی ظاهر می شود. در این حالت انرژی مکانیکی موتور محرک به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. اگر ماشین برای کار به عنوان یک موتور الکتریکی طراحی شده باشد، سیم پیچ کاری دستگاه به شبکه متصل می شود. در این حالت جریانی که در هادی های این سیم پیچ به وجود آمده است با میدان مغناطیسی برهمکنش می کند و نیروهای الکترومغناطیسی روی روتور ایجاد می شود که باعث چرخش روتور می شود. در این حالت، انرژی الکتریکی مصرف شده توسط موتور از شبکه به انرژی مکانیکی تبدیل می شود که برای فعال کردن هر مکانیزم، ماشین ابزار، وسیله نقلیه و غیره صرف می شود.

همچنین می توان ماشین های الکتریکی را طراحی کرد که در آنها سیم پیچ کار روی استاتور قرار گرفته و عناصر تحریک کننده میدان مغناطیسی روی روتور باشند. اصل کار دستگاه یکسان است.

محدوده قدرت ماشین های الکتریکی بسیار گسترده است - از کسری از یک وات تا صدها هزار کیلووات.

V.Z. طبقه بندی ماشین های الکتریکی

استفاده از ماشین های الکتریکی به عنوان ژنراتور و موتور هدف اصلی آنها است، زیرا صرفاً با هدف تبدیل متقابل انرژی های الکتریکی و مکانیکی مرتبط است. با این حال، استفاده از ماشین های الکتریکی در شاخه های مختلف فناوری ممکن است اهداف دیگری داشته باشد. بنابراین، مصرف برق اغلب با تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم یا با تبدیل جریان فرکانس توان به جریان فرکانس بالاتر همراه است. برای این اهداف استفاده می کنند مبدل ماشین های الکتریکی.

از ماشین های الکتریکی نیز برای تقویت قدرت سیگنال های الکتریکی استفاده می شود. چنین ماشین های الکتریکی نامیده می شوند تقویت کننده های ماشین های الکتریکی. ماشین های الکتریکی که برای بهبود ضریب توان مصرف کنندگان برق استفاده می شوند نامیده می شوند جبران کننده های سنکرون. ماشین های الکتریکی مورد استفاده برای تنظیم ولتاژ جریان متناوب نامیده می شوند تنظیم کننده های القایی.

استفاده از ریزماشین ها در دستگاه های اتوماسیون بسیار متنوع است. در اینجا، ماشین های الکتریکی نه تنها به عنوان موتور، بلکه به عنوان موتور نیز استفاده می شوند تاکوژنراتورها(برای تبدیل سرعت چرخش به سیگنال الکتریکی)، selsyn،

ترانسفورماتورهای دوار (برای به دست آوردن سیگنال های الکتریکی متناسب با زاویه چرخش شفت) و غیره. از مثال های بالا می توان دریافت که ماشین های الکتریکی چقدر برای هدف مورد نظر خود متنوع هستند.