Электрические машины - файл n1.doc

приобрести
Электрические машины
скачать (21223.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc21224kb.09.09.2012 00:54скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   34

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

В-1. Электрические машины и их значение в народном хозяйстве
В-2. Общие сведения об электрических машинах
В-3. Системы единиц
В-4. Материалы, применяемые в электрических машинах
В-5. Положительные направления электромагнитных величин, уравнения напряжения и векторные диаграммы источников и приемников электрической энергии

Раздел первый
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА


Глава первая. Принцип действия и устройство машин постоянного тока

1-1. Принцип действия машины постоянного тока
1-2. Устройство машины постоянного тока

Глава вторая. Магнитная цепь машины постоянного тока при холостом ходе

2-1. Метод расчета магнитной цепи
2-2. Магнитное полей н. с. воздушного зазора
2-3. Магнитное поле и н. с. зубцовой зоны
2-4. Намагничивающие силы сердечника якоря, полюсов и ярма
2-5. Полная намагничивающая сила и магнитная характеристика машины

Глава третья. Якорные обмотки машин постоянного тока

3-1. Общие сведения о якорных обмотках машин постоянного тока
3-2. Э.д.с. секций
3-3. Простая петлевая обмотка
3-4. Сложная петлевая обмотка
3-5. Простая волновая обмотка
3-6. Сложная волновая обмотка
3-7. Комбинированная обмотка
3-8. Выбор типа обмотки

Глава четвертая. Основные электромагнитные соотношения

4-1. Э.д.с. якоря и электромагнитный момент
4-2. Основные электромагнитные нагрузки и машинная постоянная
4-3. Влияние геометрических размеров на технико-экономические показатели машины

Глава пятая. Магнитное поле машины при нагрузке

5-1. Реакция якоря и ее виды
5-2. Влияние реакции якоря на магнитный поток машины
5-3. Напряжения между коллекторными пластинами и компенсационная обмотка

Глава шестая. Коммутация

6-1. Природа щеточного контакта
6-2. Искрение на коллекторе
6-3. Процесс коммутации
6-4. Электродвижущие силы в коммутируемой секции
6-5. Определение реактивной Э.д.с.
6-6. Способы улучшения коммутации
6-7. Коммутационная реакция якоря
6-8. Экспериментальная проверка и настройка коммутации
6-9. Предельная мощность машины постоянного тока

Глава седьмая. Потери и коэффициент полезного действия электрических машин

7-1. Потери
7-2. Коэффициент полезного действия

Глава восьмая. Нагревание и охлаждение электрических машин

8-1. Теплопередача в электрических машинах
8-2. Нагревание и охлаждение идеального однородного твердого тела
8-3. Основные номинальные режимы работы электрических машин и допустимые превышения температуры
8-4. Нагревание электрических машин при различных режимах работы
8-5. Охлаждение электрических машин

Глава девятая. Генераторы постоянного тока

9-1. Общие сведения о генераторах постоянного тока
9-2. Система относительных единиц
9-3. Генераторы независимого возбуждения
9-4. Генераторы параллельного возбуждения
9-5. Генераторы последовательного возбуждения
9-6. Генераторы смешанного возбуждения
9-7. Параллельная работа генераторов постоянного тока

Глава десятая. Двигатели постоянного тока

10-1. Общие сведения о двигателях постоянного тока
10-2. Пуск двигателей постоянного тока
10-3. Регулирование скорости вращения и устойчивость работы двигателя
10-4. Двигатели параллельного возбуждения
10-5. Двигатели последовательного возбуждения
10-6. Двигатели смешанного возбуждения
10-7. Нормальные машины постоянного тока, изготовляемые электромашиностроительными заводами СССР

Глава одиннадцатая. Специальные типы машин постоянного тока

11-1. Специальные типы генераторов и преобразователей постоянного тока
11-2. Исполнительные двигатели и тахогенераторы
11-3. Электромашинные усилители
11-4. Машины постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами
11-5. Магнитогидродинамические машины постоянного тока

Раздел второй
ТРАНСФОРМАТОРЫ


Глава двенадцатая. Основные сведения о трансформаторах

12-1. Принцип действия и виды трансформаторов
12-2. Магнитопроводы трансформаторов
12-3. Обмотки трансформаторов
12-4. Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов
12-5. Элементы конструкции и способы охлаждения масляных трансформаторов




Глава тринадцатая. Намагничивание сердечников трансформаторов

13-1. Явления, возникающие при намагничивании сердечников трансформаторов
13-2. Расчет магнитной цепи трансформатора

Глава четырнадцатая. Схема замещения трансформатора и ее параметры

14-1. Индуктивности обмоток трансформатора и электромагнитное рассеяние
14-2. Уравнения напряжения трансформатора
14-3. Схемы замещения двухобмоточного трансформатора
14-4. Расчетное определение параметров схемы замещения трансформатора
14-5. Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора

Глава пятнадцатая. Работа трансформатора под нагрузкой

15-1. Физические условия работы, векторные и энергетические диаграммы трансформатора
15-2. Изменение напряжения трансформатора
15-3. Регулирование напряжения трансформатора
15-4. Коэффициент полезного действия трансформатора
15-5. Параллельная работа трансформаторов

Глава шестнадцатая. Несимметричная нагрузка трансформаторов

16-1. Применение метода симметричных составляющих
16-2. Физические условия работы трансформаторов при несимметричной нагрузке

Глава семнадцатая. Переходные процессы в трансформаторах

17-1. Включение трансформатора под напряжение
17-2. Внезапное короткое замыкание трансформатора
17-3. Перенапряжения в трансформаторе

Глава восемнадцатая. Разновидности трансформаторов

18-1. Трехобмоточные трансформаторы
18-2. Автотрансформаторы и трансформаторы последовательного включения
18-3. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения
18-4. Другие разновидности трансформаторов

Раздел третий
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


Глава девятнадцатая. Основные виды машин переменного тока и их устройство

19-1. Основные виды машин переменного тока
19-2. Устройство и принцип действия асинхронной машины
19-3. Устройство и принцип действия синхронной машины
19-4. Особенности устройства многофазных коллекторных машин переменного тока

Глава двадцатая. Электродвижущие силы обмоток переменного тока

20-1. Э.д.с. обмотки от основной гармоники магнитного поля
20-2. Э.д.с. обмотки от высших гармоник магнитного поля
20-3. Улучшение формы кривой э.д.с.

Глава двадцать первая. Обмотки переменного тока

21-1. Трехфазные двухслойные обмотки с целым числом пазов на полюс и фазу
21-2. Трехфазные двухслойные обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу
21-3. Трехфазные однослойные обмотки
21-4. Некоторые обмотки с числом фаз, не равным трем
21-5. Выполнение обмоток переменного тока

Глава двадцать вторая. Намагничивающие силы обмоток переменного тока

22-1. Намагничивающая сила фазы обмотки
22-2. Намагничивающие силы многофазных обмоток
22-3. Графический метод анализа намагничивающей силы обмотки
22-4. Вращающиеся волны тока и линейной токовой нагрузки

Глава двадцать третья. Магнитные поля и индуктивные сопротивления обмоток переменного поля

23-1. Магнитные поля обмоток переменного тока
23-2. Главные индуктивные сопротивления обмоток переменного тока
23-3. Индуктивные сопротивления рассеяния обмоток переменного тока
23-4. Расчет магнитного поля в воздушном зазоре с учетом его равномерности методом удельной магнитной проводимости зазора

Раздел четвертый
АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ


Глава двадцать четвертая. Основы теории асинхронных машин

24-1. Асинхронная машина при неподвижном роторе
24-2. Приведение рабочего процесса асинхронной машины при вращающемся роторе к рабочему процессу при неподвижном роторе
24-3. Уравнения напряжений асинхронной машины и их преобразование
24-4. Схемы замещения асинхронной машины
24-5. Режимы работы, энергетические соотношения и векторные диаграммы асинхронной машины

Глава двадцать пятая. Вращающие моменты и механические характеристики асинхронной машины

25-1. Электромагнитный момент
25-2. Механическая характеристика асинхронного двигателя и эксплуатационные требования к ней
25-3. Электромагнитные моменты и силы от высших гармоник магнитного поля
25-4. Гистерезисный, вихревой и реактивные моменты

Глава двадцать шестая. Круговая диаграмма асинхронной машины

25-1. Обоснование круговой диаграммы
26-2. Определение из круговой диаграммы величин, характеризующих работу асинхронной машины
26-3. Построение круговой диаграммы по данным опытов холостого хода и короткого замыкания
26-4. Оценка точности и применение круговой диаграммы
26-5. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Глава двадцать седьмая. Асинхронные двигатели с вытеснением тока в обмотке ротора

27-1. Глубокопазные двигатели
27-2. Двухклеточные двигатели
27-3. Другие разновидности асинхронных двигателей с вытеснением тока. Асинхронные двигатели отечественного производства

Глава двадцать восьмая. Пуск трехфазных асинхронных двигателей и регулирование их скорости вращения

28-1. Способы пуска асинхронных двигателей
28-2. Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
28-3. Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей с фазным ротором

Глава двадцать девятая. Особые виды и режимы работы многофазных асинхронных машин

29-1. Асинхронные машины с неподвижным ротором
29-2. Асинхронный генератор с самовозбуждением
29-3. Асинхронные машины с массивным ротором
29-4. Линейные и дуговые асинхронные машины
29-5. Магнитогидродинамические машины переменного тока
29-6. Асинхронный преобразователь частоты
29-7. Работа трехфазных асинхронных двигателей при неноминальных условиях
29-8. Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей

Глава тридцатая. Однофазные асинхронные машины

30-1. Основы теории однофазных асинхронных двигателей
30-2. Разновидности однофазных асинхронных двигателей

Глава тридцать первая. Асинхронные микромашины автоматических устройств

31-1. Асинхронные исполнительные двигатели и тахогенераторы
31-2. Вращающиеся трансформаторы
31-3. Однофазные сельсины

Раздел пятый
СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ


Глава тридцать вторая. Магнитные поля и основные параметры синхронных машин

32-1. Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения
32-2. Магнитное поле и параметры обмотки якоря
32-3. Приведение электромагнитных величин обмоток синхронной машины
32-4. Электромагнитные величины обмоток якоря и возбуждения в относительных единицах
32-5. Магнитные поля и параметры успокоительной обмотки

Глава тридцать третья. Работа многофазных синхронных генераторов при симметричной нагрузке

33-1 Основные виды векторных диаграмм напряжений синхронных генераторов
33-2. Характеристики синхронных генераторов
33-3. Построение векторных диаграмм напряжений с учетом насыщения

Глава тридцать четвертая. Элементы теории переходных процессов синхронных машин

34-1. Общая характеристика проблемы изучения переходных процессов синхронных машин
34-2. Гашение магнитного поля и переходные процессы в цепях индуктора
34-3. Физическая картина явлений при внезапном трехфазном коротком замыкании синхронного генератора
34-4. Величины токов внезапного трехфазного короткого замыкания

Глава тридцать пятая. Параллельная работа синхронных машин

35-1. Включение синхронных генераторов на параллельную работу
35-2. Синхронные режимы параллельной работы синхронных машин
35-3. Угловые характеристики мощности синхронных машин
35-4. Синхронизирующая мощность, синхронизирующий момент и статическая перегружаемость синхронных машин
35-5. Работа синхронной машины при постоянной мощности и переменном возбуждении

Глава тридцать шестая. Асинхронные режимы и самовозбуждение синхронных машин

36-1. Асинхронный режим невозбужденной синхронной машины
36-2. Асинхронный режим возбужденной синхронной машины
36-3. Самовозбуждение синхронной машины

Глава тридцать седьмая. Синхронные двигатели и компенсаторы

37-1. Синхронные двигатели
37-2. Синхронные компенсаторы

Глава тридцать восьмая. Несимметричные режимы работы синхронных генераторов

38-1. Действие симметричных составляющих токов в синхронной машине и параметры прямой, обратной и нулевой последовательности
38-2. Работа синхронных генераторов при несимметричной нагрузке
38-3. Несимметричные короткие замыкания

Глава тридцать девятая. Колебания и динамическая устойчивость синхронных машин

39-1. Физическая сущность колебаний синхронных машин
39-2. Колебания синхронной машины
39-3. Динамическая устойчивость синхронной машины

Глава сороковая. Системы возбуждения синхронных машин

40-1. Проблема регулирования возбуждения синхронных машин и требования к системам возбуждения
40-2. Системы возбуждения

Глава сорок первая. Специальные типы синхронных машин

41-1. Одноякорные преобразователи
41-2. Машины двойного питания
41-3. Синхронные двигатели малой мощности
41-4. Тихоходные и шаговые синхронные двигатели
41-5. Индукторные синхронные машины
41-6. Некоторые другие разновидности синхронных машин

Раздел шестой
КОЛЛЕКТОРНЫЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


Глава сорок вторая. Многофазные коллекторные машины и каскады

42-1. Применение коллекторных машин переменного тока
42-2. Трехфазные коллекторные двигатели
42-3. Каскады асинхронных двигателей с коллекторными машинами переменного тока

Глава сорок третья. Однофазные коллекторные двигатели

43-1. Однофазные двигатели с последовательным возбуждением
43-2. Репульсионные двигатели

Список литературы



ВВЕДЕНИЕ

В-1. Электрические машины и их значение в народном хозяйстве

Значение электрической энергии в народном хозяйстве и в быту непрерывно возрастает. Важная роль в построении коммунистического общества принадлежит электрификации, что выражено в гениальной формулировке В. И. Ленина: «Коммунизм — это есть советская власть плюс электрификация всей страны».

Электрификация промышленности, транспорта, сельского хозяйства и быта населения обусловливает необходимость применения разнообразного электротехнического оборудования. Одним из основных видов этого оборудования являются электрические машины, которые служат для преобразования механической энергии в электрическую и обратно — электрической энергии в механическую, а также для преобразования одного рода электрической энергии в другой.

Преобразование механической энергии в электрическую осуществляется с помощью электрических машин, называемых электрическими генераторами. Генераторы приводятся во вращение с помощью паровых, гидравлических и газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания и других первичных двигателей.

Во многих случаях электрическая энергия, выработанная на электрических станциях, снова превращается в механическую для приведения в действие различных машин и механизмов. Для этой цели применяются электрические машины, называемые электрическими двигателями.

На современных электростанциях обычно вырабатывается переменный ток, и для передачи его к потребителям через линии электропередачи и электрические сети необходимо изменять напряжение тока. Такое изменение, или трансформация, переменного тока осуществляется с помощью преобразователей, которые называются трансформаторами. Трансформаторы представляют собой статические электромагнитные аппараты, не имеющие вращающихся частей. Однако в принципе их действия и устройства есть много общего с вращающимися электрическими машинами, и поэтому их также относят к электрическим машинам в широком смысле этого слова. Существуют также другие разновидности электрических машин.

В зависимости от рода тока электрические машины подразделяются на машины постоянного и переменного тока. Электрические машины изготовляются на очень широкие пределы мощностей — от долей ватта до миллиона киловатт и выше.

Выработка электрической энергии в нашей стране возросла с 507 млрд. квт-ч в 1965 г. до 740,4 млрд. квт-ч в 1970 г., т. е. в 1,46 раза. Приблизительно во столько же раз увеличилось также производство электрических машин.

В 1970 г. в СССР было изготовлено электрических генераторов на суммарную мощность 10,6 млн. кет, трансформаторов — на мощность 105,9 млн. кв-а, электродвигателей переменного тока с единичной мощностью более 0,25 кет — на суммарную мощность 33,3 млн. кет. Кроме того, выпущено весьма большое количество электродвигателей меньшей мощности, машин постоянного тока и разнообразных специальных видов маломощных электрических машин для применения в автоматизированных транспортных, оборонных и других установках.

В-2. Общие сведения об электрических машинах

Преобразование энергии в современных электрических машинах осуществляется посредством магнитного поля. Такие машины называются индуктивными. Возможно также создание электрических машин, в которых энергия преобразуется посредством электрического поля (емкостные машины), однако такие машины существенного практического распространения не имеют. Это объясняется следующим.

В обоих классах машин взаимодействие между отдельными частями машины и преобразование энергии происходят через поле, существующее в среде, которая заполняет пространство между взаимодействующими частями машины. Этой средой обычно является воздух или другое вещество с подобными же магнитными и электрическими свойствами. Однако при практически достижимых интенсивностях магнитного и электрического полей количество энергии в единице объема такой среды будет при магнитном поле в тысячи раз больше, чем при электрическом. Поэтому при одинаковых внешних размерах или габаритах машин обоих классов индуктивные машины будут развивать значительно большую мощность.

Для получения по возможности более сильных магнитных полей применяются ферромагнитные сердечники, которые являются неотъемлемыми частями каждой электрической машины. При переменных магнитных полях сердечники с целью ослабления вихревых токов и уменьшения вызываемых ими потерь энергии изготовляются из листовой электротехнической стали. Другими неотъемлемыми частями электрической машины являются обмотки из проводниковых материалов, по которым протекают электрические токи. Для электрической изоляции обомоток применяются различные электроизоляционные материалы.

Как будет установлено в последующих разделах книги, электрические машины обладают свойством обратимости: каждый электри-



ческий генератор может работать в качестве двигателя и наоборот, а в каждом трансформаторе и электромашинном преобразователе электрической энергии направление преобразования энергии может быть изменено на обратное. Однако каждая выпускаемая электромашиностроительным заводом вращающаяся машина обычно предназначается для одного, определенного режима работы, например в качестве генератора или двигателя. Точно так же в трансформаторах одна из обмоток предусматривается для работы в качестве приемника электрической энергии (первичная обмотка), а другая (вторичная обмотка) — для отдачи энергии. При этом оказывается возможным наилучшим образом приспособить машину для заданных условий работы и добиться наилучшего использования материалов, т. е. получить наибольшую мощность на единицу веса машины.

Преобразование энергии в электрических машинах неизбежно связано с ее потерями, вызванными перемагничиванием ферромагнитных сердечников, прохождением тока через проводники, трением в подшипниках и о воздух и т. д. Поэтому потребляемая электрической машиной мощность всегда больше отдаваемой, или полезной, мощности, а коэффициент полезного действия (к. п. д.) меньше 100%. Тем не менее электрические машины по сравнению с тепловыми и некоторыми другими типами машин являются весьма совершенными преобразователями энергии с относительно высокими коэффициентами полезного действия. Так, в самых мощных электрических машинах к. п. д. равен 98—99,5%, а в машинах мощностью 10 вт. к. п. д. составляет 20—40%. Такие величины к. п. д. при столь малых мощностях во многих других типах машин недостижимы.

Высокие энергетические показатели электрических машин, удобство подвода и отвода энергии, возможность выполнения на самые разнообразные мощности, скорости вращения, а также удобство обслуживания и простота управления обусловили повсеместное их широкое распространение.

Теряемая в электрических машинах энергия превращается в тепло и вызывает нагревание отдельных их частей. Для надежности работы и достижения приемлемого срока службы нагревание частей машины должно быть ограничено. Наиболее чувствительными в отношении «нагревания являются электроизоляционные материалы, и именно их качеством определяются допустимые уровни нагревания электрических машин. Большое значение имеет также создание хороших условий отвода тепла и охлаждения электрических машин.

Потери энергии в электрической машине увеличиваются с повышением ее нагрузки, а вместе с этим увеличивается и нагревание машины. Поэтому наибольшая мощность нагрузки, допускаемая для данной машины, определяется главным образом допустимым уровнем ее нагревания, а также механической прочностью отдельных частей машины, условиями токосъема на скользящих контактах и т. д. Напряженность режима работы электрических машин переменного тока в отношении электромагнитных нагрузок (величины магнитной индукции, плотности тока и т. д.), потерь энергии и нагревания определяется не активной, а полной мощностью, так как величина магнитного потока в машине определяется полным напряжением, а не его активной составляющей. Полезная мощность, на которую рассчитана электрическая машина, называется номинальной. Все другие величины, которые характеризуют работу машины при этой мощности, также называются номинальными. К ним относятся: номинальные напряжение, ток, скорость вращения, к. п. д. и другие величины, а для машины переменного тока также номинальная частота и номинальный коэффициент мощности (cos ф).

Основные номинальные величины указываются в паспортной табличке (на щитке), прикрепленной к машине. Принято, что для двигателя номинальная мощность является полезной мощностью на его валу, а для генератора — электрической мощностью, отдаваемой с его выходных зажимов. При этом для генераторов переменного тока дается либо полная, либо активная номинальная мощность (по последним стандартам СССР — полная мощность). Для трансформаторов и некоторых других машин переменного тока в табличке всегда указывается полная номинальная мощность.

Номинальные величины, методы испытаний электрических машин, а также другие их технико-экономические данные и требования регламентируются в СССР государственными стандартами (ГОСТ) на электрические машины.

Номинальные напряжения электрических машин согласованы в ГОСТ со стандартными номинальными напряжениями электрических сетей. Номинальные напряжения для электрических двигателей и первичных обмоток трансформаторов при этом берутся равными стандартным напряжениям электрических сетей, а для генераторов и вторичных обмоток трансформаторов — на 5—10% больше с целью компенсации падения напряжения в сетях. Наиболее употребительные номинальные напряжения электрических машин следующие: для двигателей постоянного тока ПО, 220 и 440 в, для генераторов постоянного тока 115, 230 и 460 в, для двигателей переменного тока и первичных обмоток трансформаторов 220, 380, 660 в и 3, 6, 10 кв, для генераторов и вторичных обмоток трансформаторов 230, 400, 690 в и 3,15; 6,3; 10,5; 21 кв (для вторичных обмоток трансформаторов также 3,3; 6,6; 11 и 22 кв). Из более высоких напряжений для первичных обмоток трансформаторов стандартными являются 35, ПО, 150, 220, 330, 500 и 750 кв и для вторичных обмоток 38,5; 121, 165, 242, 347, 525 и 787 кв. Для трехфазных установок в паспортных табличках приводятся линейные значения напряжений.

В СССР, а также в большинстве других стран мира промышленная частота тока равна 50 гц, и большинство машин переменного тока поэтому также строится на 50 гц. В США и других странах Америки промышленная частота тока равна 60 гц. Для разных специальных назначений (электротермические установки, устройства автоматики и т. д.) применяются также электрические машины с другими значениями частоты тока.

По мощности электрические машины можно подразделять на следующие группы: до 0,5 кет — машины весьма малой мощности, или микромашины, 0,5—20 кет — машины малой мощности, 20— 250 кет — машины средней мощности и более 250 кет — машины большой мощности. Эти границы между группами в определенной степени условны.

В-3. Системы единиц

В СССР для электрических, магнитных, механических и других измерений, согласно ГОСТ 9867—61, применяется Международная система единиц (СИ), основными единицами которой являются метр, килограмм (масса), секунда, ампер. По этому ГОСТ допускается также использование абсолютной системы единиц СГС, основными единицами которой являются сантиметр, грамм (масса), секунда и в которой электрическая постоянная е0 и магнитная постоянная f.i0 при нерационализованной форме уравнений электромагнитного поля равны единице.

В табл. В-1 приводятся наименования и обозначения единиц систем СИ и СГС, а также численные соотношения между ними. Наименования отдельных единиц пока еще не установлены. Углы в системе СИ измеряются в радианах.

Единицы, содержащиеся в системе СИ, начинают широко применяться также для измерения тепловых и других величин.

В данной книге используется система единиц СИ и математические соотношения пишутся в рационализованной форме, при которой множитель 4я из наиболее общих закономерностей устраняется и переходит в соотношения, характеризуемые сферической симметрией. При этом электрическая постоянная





Единицы измерений систем СИ и СГС

Таблица В-1







Сокращенное




Сокращенное

Величина еди-

Наименование величины

Единица СИ

обозначение

Единица СГС

обозначение

ницы системы СГС в единицах



















русское

латинское




русское

латинское

системы СИ

Длина

метр

М

m

сантиметр

СМ

cm

10~2 М

Масса

килограмм

кг

kg

грамм

г

g

10"3 кг

Время

секунда

сек

s

секунда

сек

s

1 сек

Электрический ток

ампер

а

А







с^1 • 10 а

Механическая сила

ньютон

н

N

дина

дин

dyn

10~5 к

Работа и энергия

джоуль

дж

J

эрг

эрг

erg

10~7 дж

Мощность

ватт

ет

W



_



\0"7 era

Электрический заряд

кулон

к

С







V • 10 к

Электрическое напряжение, э. д. с,

вольт

в

V







с010~8 в

разность электрических потенциалов






















Напряженность электрического поля



в/м

V/m







с010~6 е/м

Электрическая емкость

фарада

Ф

F



_



с„-2 • 10» ф

Электрическое сопротивление

ом

ом

Q







с% ■ 10"» ом

Магнитный поток

вебер

вб

Wb

максвелл

МКС

Mx

Ю-8 вб

Магнитная индукция

тесла

тл,



гаусс

гс

Gs

10"4 тл







вб/м*
















Индуктивность и взаимная индук-

генри

гн

H







с% ■ 10~9 гн

тивность






















Намагничивающая сила

ампер или

а, ав

A

гильберт

гб,

Gb

~-\й а

Л.ТТ




ампер-виток
















1

Напряженность магнитного поля

ампер на

а/м

A/m

эрстед

э

Oe

4-- 103 а/м




метр



















Момент инерции (динамический)



кг ■ ж2

kg-ma



г-см*

g ■ CM»

10~7 кг ■ м?

Примечание: ео = 2,998 • 1С» =а 3 • 1С10 — числовое значение скорости света в пустоте в см/сек.



В книге для удобства иногда применяются также единицы, которые представляют собой десятичные долевые или десятичные кратные значения единиц системы СИ, например киловатт (кет), киловольт (кв), миллиметр (мм) и т. д. Однако следует иметь в виду, что во все математические соотношения, если нет особых оговорок, необходимо подставлять значения всех величин в основных единицах системы СИ.

Скорость вращения п в формулах данной книги всюду выражается в оборотах в секунду (об/сек). При желании выразить п в оборотах в минуту (об/мин) надо, заменить в формулах п на я/60.

В табл. В-2 приводятся некоторые наиболее часто встречающиеся единицы, не принадлежащие к системе СИ.

Таблица В-2 Некоторые единицы, не принадлежащие к системе СИ

Наименование величины

Наименование единицы

Обозначение единицы

Величина единицы в единицах системы СИ

Механическая сила

килограмм-сила

кгс, кГ

9,81 н

Работа и энергия

килограмм-метр

кгс ■ м, кГ ■ м

9,81 дж

Мощность

лошадиная сила

Л. С.

735,5 вт (75 кгс • м/сек)

Энергия, количество теплоты

килокалория (большая калория)

ккал

427 • 9,81 = = 4,19- 103 дж




малая калория

кал

4,187 дж

Энергия

киловатт-час

кет ■ ч

3,6 • 106 дж

Давление

техническая атмосфера

am

9,81 • 10* н/м» (1 кГ/см?)

В-4. Материалы, применяемые в электрических машинах

Классификация материалов. Материалы, применяемые в электрических машинах, подразделяются на три категории: конструктивные, активные и изоляционные.

Конструктивные материалы применяются для изготовления таких деталей и частей машины, главным назначением которых является восприятие и передача механических нагрузок (валы, станины, подшипниковые щиты и стояки, различные крепежные детали и т. д.). В качестве конструктивных материалов в электрических машинах используются сталь, чугун, цветные металлы и их сплавы, пластмассы. К этим материалам предъявляются требования, общие в машиностроении.



Активные материалы подразделяются на проводниковые и магнитные и предназначаются для изготовления активных частей машины (обмотки и сердечники магнитопроводов).

Изоляционные материалы применяются для электрической изоляции обмоток и других токоведущих частей, а также для изоляции листов электротехнической стали друг от друга в расслоенных магнитных сердечниках. Отдельную группу составляют материалы, из которых изготовляются электрические щетки, применяемые для отвода тока с подвижных частей электрических машин.

Ниже дается краткая характеристика активных и изоляционных материалов, используемых в электрических машинах.

Проводниковые материалы. Благодаря хорошей электропроводности и относительной дешевизне в качестве проводниковых материалов в электрических машинах широко применяется электролитическая медь, а в последнее время также рафинированный алюминий. Сравнительные свойства этих материалов приведены в табл. В-З.В ряде случаев обмотки электрических машин изготовляются из медных и алюминиевых сплавов, свойства которых изменяются в широких пределах в зависимости от их состава. Медные сплавы используются также для изготовления вспомогательных токоведущих частей (контактные кольца, болты и т. д.). В целях экономии цветных металлов или увеличения механической прочности такие части нередко выполняются также из стали.

Таблица В-3

Физические свойства меди и алюминия

Материал

Сорт

Плотность, г

Удельное сопротивление при 20 °С,

ом • м

Температурный коэффициент сопротивления при # "С, 1/град

Коэффициет линейного расширения, 1/град

Удельная теплоемкость, вт -сек/ (кг -град)

Удельная теплопроводность, бт/(м • град)

Медь

Электролитическая отожженная

Рафинированный

8,9

2,6-2,7

(17,24 -f-17,54) 10~9

28,2 • 10"»

1

1,68 • 10~5

2,3- 10"5

390 940

390

Алю-

235+ # 1

210

минии

245 +ft










Соответственно этому, если сопротивление медной обмотки при температуре Фх равно гх, то ее сопротивление при температуре ■О'г

(В-2)

Зависимость сопротивления меди от температуры используется для определения превышения температуры обмотки электрической машины при ее работе в горячем состоянии Фг над температурой окружающей среды О,,. На основании соотношения (В-2) для вычисления превышения температуры

АО = #г - % можно получить формулу

(В-3)

где гг — сопротивление обмотки в горячем состоянии; гх — сопротивление обмотки, измеренное в холодном состоянии, когда температуры обмотки и окружающей среды одинаковы; Фх — температура обмотки в холодном состоянии; Ф,, — температура окружающей среды при работе машины, когда измеряется сопротивление гг.

Соотношения (В-1), (В-2) и (В-3) применимы также для алюминиевых обмоток, если в них заменить 235 на 245.

Магнитные материалы. Для изготовления отдельных частей магнитопроводов электрических машин применяется листовая электротехническая сталь, листовая конструкционная сталь, литая сталь и чугун. Чугун вследствие невысоких магнитных свойств используется относительно редко.

Наиболее важный класс магнитных материалов составляют различные сорта листовой электротехнической стали. Для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи в ее состав вводят кремний. Наличие примесей углерода, кислорода и азота снижает качество электротехнической стали. Большое влияние на качество электротехнической стали оказывает технология ее изготовления. Обычную листовую электротехническую сталь получают путем горячей прокатки. В последние годы быстро растет применение холоднокатаной текстурованной стали, магнитные свойства которой при намагничивании вдоль направления прокатки значительно выше, чем у обычной стали.

Сортамент электротехнической стали и физические свойства отдельных марок этой стали определяются ГОСТ 802—58. В элек-



трических машинах применяются главным образом электротехнические стали марок Э11, Э12, Э13, Э21, Э22, Э31, Э32, Э41, Э42, Э310, Э320, ЭЗЗО. Обозначения марок начинаются с буквы Э, за которой ставится цифра 1, 2, 3 или 4, указывающая на степень легирования стали кремнием: 1 — слаболегированная, 2 — средне-легированная, 3 — повышеннолегированная и 4 — высоколегированная. Вторая цифра за буквой Э указывает на гарантированные свойства стали: 1, 2 и 3 —~ соответственно нормальные, пониженные и низкие удельные потери" при 50 гц, 4 — нормальные удельные потери при 400 гц, 5 и 6 — соответственно нормальная и повышенная магнитная проницаемость в полях с напряженностью менее 1 а/м, 7 и 8 — соответственно нормальная и повышенная магнитная проницаемость в полях с напряженностью от 10 до 100 а/м. Третья после Э цифра 0 означает, что сталь холоднокатаная текстурован-ная. Свойства электротехнической стали в зависимости от содержания кремния приведены в табл. В-4.

Таблица В-4

Зависимость физических свойств электротехнической стали от содержания кремния

Свойства

Первая цифра марки стали

1

2

3

4

Содержание кремния (Si),

%............Плотность, г.......Удельное сопротивление,

ОМ-М .: ........

Температурный коэффициент сопротивления1, 1/град..........Удельная теплоемкость, вт ■ сек/(кг ■ град) . . .

0,8-1,8 7,80

0,25 ■ 10-е

0,0025 460

1,8-2,8 7,75

0,40 • Ю-» 0,0015

2,8-4,0 7,65

0,50 • 10~в 0,001

4,0—4,8 7,55

0,58 • 10-е

0,0008 480

С увеличением содержания кремния возрастает хрупкость стали. В связи с этим, чем меньше машина и, следовательно, чем меньше размеры зубцов и пазов, в которые укладываются обмотки, тем труднее использовать стали с повышенной и высокой степенью легирования. Поэтому, например, высоколегированная сталь применяется только для изготовления трансформаторов и очень мощных генераторов переменного тока.

В машинах с частотой тока до 100 гц обычно применяется листовая электротехническая сталь толщиной 0,5 мм, а иногда также, в особенности в трансформаторах, сталь толщиной 0,35 мм. При более высоких частотах используется более тонкая сталь, Размеры



листов электротехнической стали стандартизованы, причем ширина листов составляет 240—1000 мм, а длина 1500—2000 мм. В послед-



Рис. В-1. Кривые намагничивания ферромагнитных материалов

/ — электротехническая сталь Э11, Э21; 2 — электротехническая сталь Э31, Э41; 3 — малоуглеродистые литая сталь, стальной прокат и поковки для электрических машин 4 — листовая сталь толщиной I —2 мм для полюсов; 5 — сталь 10; 6 — сталь 30; 7 — холоднокатаная электротехническая сталь ЭЗЗО; 8 — серый чугун с содержанием: С — 3,2%, Si — 3,27%, Мп — 0,56%, Р — 1,05%; / X А — масштабы по осям / и А; II X Б — масштабы по осям II и Б

нее время расширяется выпуск электротехнической стали в виде ленты, наматываемой в рулоны.

На рис. В-1 представлены кривые намагничивания различных марок стали и чугуна, а в табл. В-5, согласно ГОСТ 802—58, —



величины удельных потерь р в наиболее распространенных марках электротехнической стали. Индекс у буквы р указывает на индукцию В в килогауссах (числитель) и на частоту / перемагничивания в герцах (знаменатель), при которых гарантируются приведенные в табл. В-5 значения потерь. Для марок Э310, Э320 и ЭЗЗО потери даны для случая намагничивания вдоль направления прокатки.

Таблица В-5







Удельные потери в электротехнической

стали







Марка стали

Толщина листа, мм

Удельные потери, вт/кг

Марка стали

Толщина листа, мм

Удельные потери, вт/кг

Р10/50

Р15/50

Pi 7/50

РЮ/50

Р15/50

Pi 7/50

эп

Э12 Э13 Э21 Э22 Э31 Э32

Э41

0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50

0,50 0,35

3,3

3,2 2,8 2,5 2,2 2,0 1,8

1,55 1,35

7,7 7,5 6,5 6,1 5,3 4,4 3,9

3,5 3,0



Э42 Э43 Э310 Э320 ЭЗЗО

0,50 0,35

0,50 0,35

0,50 0,35

0,50 0,35

0,50 0,35

1,40

1,20

1,25 1,05

1,10 0,8

0,95 0,7

0,8 0,6

3,1

2,8 -

2,9

2,5

2,45 1,75

2,10 1,5

1,75 1,3

3,2 2,5

2,8 2,2

2.5 1,9

Потери на вихревые токи зависят от квадрата индукции, а потери на гистерезис — от индукции в степени, близкой к двум. Поэтому и общие потери в стали с достаточной для практических целей точностью можно считать зависящими от квадрата индукции. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, а на гистерезис — первой степени частоты. При частоте 50 гц и толщине листов 0,35—0,5 мм потери на гистерезис превышают потери на вихревые токи в несколько раз. Зависимость общих потерь в стали от частоты вследствие этого ближе к первой степени частоты. Поэтому удельные потери для значений В и /, отличных от указанных в табл. В-5, можно вычислять по формулам:

>.д-Р15/50^5У [Wj ,

где значение В подставляется в теслах (тл).

Приведенные в табл. В-5 значения удельных потерь соответствуют случаю, когда листы стали изолированы друг от друга. Для изоляции применяется специальный лак или весьма редко тонкая бумага.





При штамповке возникает наклеп листов электротехнической стали. Кроме того, при сборке пакетов сердечников происходит частичное замыкание листов по их кромкам вследствие появления при штамповке грата или заусенцев. Это увеличивает потери в стали до 1,5—4,0 раз.

Из-за наличия между листами стали изоляции, их волнистости и неоднородности по толщине не весь объем спрессованного сердечника заполнен сталью. Коэффициент заполнения пакета сталью при изоляции лаком в среднем составляет kc = 0,93 при толщине листов 0,5 мм и kc = 0,90 при 0,35 мм.

Изоляционные материалы. К электроизоляционным материалам, применяемым в электрических машинах, предъявляются следующие требования: по возможности высокие электрическая прочность, механическая прочность, нагревостойкость и теплопроводность, а также малая гигроскопичность. Важно, чтобы изоляция была по возможности тонкой, так как увеличение толщины изоляции ухуд1 шает теплоотдачу и приводит к уменьшению коэффициента заполнения паза проводниковым материалом, что в свою очередь вызывает уменьшение номинальной мощности машины. В ряде случаев возникают также и другие требования, например устойчивость против различных микроорганизмов в условиях влажного тропического климата и т. д. На практике все эти требования могут быть удовлетворены в разной степени.

Изоляционные материалы могут быть твердые, жидкие и газообразные. Газообразными обычно являются воздух и водород, которые представляют собой по отношению к машине окружающую или охлаждающую среду и одновременно в ряде случаев играют роль электрической изоляции. Жидкие диэлектрики находят применение главным образом в трансформаторостроении в виде специального сорта минерального масла, называемого трансформаторным.

Наибольшее значение в электромашиностроении имеют твердые изоляционные материалы. Их можно разбить на следующие группы: 1) естественные органические волокнистые материалы — хлопчатая бумага, материалы на основе древесной целлюлозы и шелк; 2) неорганические материалы — слюда, стекловолокно, асбест; 3) различные синтетические материалы в виде смол, пленок из листового материала и т. д.; 4) различные эмали, лаки и компаунды на основе природных и синтетических материалов.

В последние годы органические волокнистые изоляционные материалы все больше вытесняются синтетическими материалами.

Эмали применяются для изоляции проводов и в качестве покровной изоляции обмоток. Лаки используются для склейки слоистой изоляции и для пропитки обмоток, а также для нанесения покровного защитное© слоя на извдяадю. Дву- или трехкратной пропиткой



обмоток лаками, чередуемой с просушками, достигается заполнение пор в изоляции, что повышает теплопроводность и электрическую прочность изоляции, уменьшает ее гигроскопичность и скрепляет элементы изоляции в механическом отношении.

Пропитка компаундами служит такой же цели, как и пропитка лаками. Разница заключается только в том, что компаунды не имеют летучих растворителей, а представляют собой весьма консистентную массу, которая при нагревании размягчается, сжижается и способна под давлением проникать в поры изоляции. Ввиду отсутствия растворителей заполнение пор при компаундировании получается более плотным.

Важнейшей характеристикой изоляционных материалов является их нагревостойкость, которая решающим образом влияет на надежность работы и срок службы электрических машин. По нагрево-стойкости электроизоляционные материалы, применяемые в электрических машинах и аппаратах-, подразделяются, согласно ГОСТ 8865—70, на семь классов со следующими предельно допустимыми температурами ■0макс:

Класс изоляции

Y

А

Е

В

F

Н

С

А "мако *■"

90

105

120

135

155

180

>180

В стандартах прежних лет содержатся старые обозначения некоторых классов изоляции: вместо Y, E, F, Н соответственно О, АВ, ВС, СВ.

К классу Y относятся не пропитанные жидкими диэлектриками и не погруженные в них волокнистые материалы из хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка, а также ряд синтетических полимеров (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и др.). Этот класс изоляции в электрических машинах применяется редко.

Класс А включает в себя волокнистые материалы из хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка, пропитанные жидкими электроизоляционными материалами или погруженные в них, изоляцию эмаль-проводов на основе масляных и полиамиднорезольных лаков (капрон), полиамидные пленки, бутилкаучуковые и другие материалы, а также пропитанное дерево и древесные слоистые пластики. Пропитывающими веществами для данного -класса изоляции являются трансформаторное масло, масляные и асфальтовые лаки и другие вещества с соответствующей нагревостойкостью. К данному классу относятся различные лакоткани, ленты, электротехнический, картон, гетинакс, текстолит и другие изоляционные изделия. Изоляция класса А широко применяется для вращающихся электрических



машин мощностью до 100 кет и выше, а также в трансформаторо-строении.

К классу Е относится изоляция эмальпроводов и электрическая изоляция на основе поливинилацеталевых (винифлекс, металвин), полиуретановых, эпоксидных, полиэфирных (лавсан) смол и других синтетических материалов с аналогичной нагревостойкостью. Класс изоляции Е включает в себя новые синтетические материалы, применение которых быстро расширяется в машинах малой и средней мощности (до 100 кет и выше).

Класс В объединяет изоляционные материалы на основе неорганических диэлектриков (слюда, асбест, стекловолокно) и клеящих, пропиточных и покровных лаков и смол повышенной нагревостой-кости органического происхождения, причем содержание органических веществ по весу не должно превышать 50%. Сюда относятся прежде всего материалы на основе тонкой щипаной слюды (мика-лента, микафолий, миканит), широко применяемые в электромашиностроении.

В последнее время используются также слюдинитовые материалы, в основе которых лежит непрерывная слюдяная лента из пластинок слюды размерами до нескольких миллиметров и толщиной в несколько микрон.

К классу В принадлежат также различные синтетические материалы: полиэфирные смолы на основе фталевого ангидрида, поли-хло.ртрифторэтилен. (фторопласт-3), некоторые полиуретановые смолы, пластмассы с неорганическим заполнителем и др.

Изоляция класса В широко используется в электрических машинах средней и большой мощности.

Класс F включает в себя материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, но с применением органических лаков и смол, модифицированных кремнийорганическими (полиорганосилоксано-выми) и другими смолами с высокой нагревостойкостью, или же с применением других синтетических смол соответствующей нагре-востойкости (полиэфирные смолы на основе изо- и терефталевой кислот и др.). Изоляция этого класса не должна содержать хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка.

К классу Н относится изоляция на основе слюды,, стекловолокна и асбеста в сочетании с кремнийорганическими (полиорганосилок-сановыми), полиорганометаллосилоксановыми и другими нагре-востойкими смолами. С применением таких смол изготовляются миканиты и слюдиниты, а также стекломиканиты, стекломикафолий, стекломикаленты, стеклослюдиниты, стеклолакоткани и стеклотек-столиты.

К классу Н относится и изоляция на основе политетрафторэтилена (фторопласт-4). Материалы класса Н применяются в электрических машинах, работающих в весьма- тяжелых условиях



(горная и металлургическая промышленность, транспортные установки и пр.).

К классу изоляции С принадлежат слюда, кварц, стекловолокно, стекло, фарфор и другие керамические материалы, применяемые без органических связующих или с неорганическими связующими.

Под воздействием тепла, вибраций и других физико-химических факторов происходит старение изоляции, т. е. постепенная потеря ею механической прочности и изолирующих свойств. Опытным путем установлено, что срок службы изоляции классов А и В снижается в два раза при повышении температуры на каждые 8—10° С сверх 100° С. Аналогичным образом снижается при повышении температуры также срок службы изоляции других классов.

Электрические щетки подразделяются на две группы: 1) угольно-графитные, графитные и электрографитированные; 2) металлогра-фитные. Для изготовления щеток первой группы используется сажа, измельченные природный графит и антрацит с каменноугольной смолой в качестве связующего. Заготовки щеток подвергаются обжигу, режим которого определяет структурную форму графита в изделии. При высоких температурах обжига достигается перевод углерода, находящегося в саже и антраците, в форму графита, вследствие чего такой процесс обжига называется графитирова-нием. Щетки второй группы содержат также металлы (медь, бронза, серебро). Наиболее распространены щетки первой группы.

В табл. В-6 приводятся характеристики ряда марок щеток. Влияние разных факторов на условия работы щеток выясняется в гл. 6.

Таблица В-6

Технические

характеристики электрически*

k щеток







га к К га О

те о га у

га я

»




Характер







Ј и




X

QJ ^ су

ш

коммутации,

Класс




Is

ч к-Si.







Я"

при котором

щеток




га о

В я ^

О Jj

&|>.




рекомендуется










о ^ Д

2"?




•9- s

применение




р.

^ о ^

^ & и







т я

щеток




S




!§§.

^g










Угольно-графитные

УГ4

7

12

2—2,5

1,6-2,6

0,25

Несколько






















затрудненная

Графитные

Г8

11

25

2—3

1,5-2,3

0,25

Нормальная

Электрографитиро-

ЭГ4

12

40

1,5-2

1,6-2,4

0,20




ванные






















То же

ЭГ8

10

40

2—4

1,9-2,9

0,25

Самая чатруд-






















ьенная

» »

ЭП2

10—11

40

2-3

2,5-3,5

0,25

Затрудненная




ЭГ84

9

45

2-3

2,5-3,5

0,25

Самая затруд-

Медно-графитные

МГ2

20

20

1,8-2,3

0,3-0,7

0,20

ненная Самая легкая
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   34


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации