Электрические и магнитные цепи электрические цепи постоянного тока
 Скачать 3.06 Mb.
|
|
Феррорезонанс – резонанс в электрической цепи, содержащей катушку с ферромагнитным сердечником. Феррорезонансный стабилизатор напряжения (тока – устройство для поддержания постоянным значения напряжения (тока) в электрической цепи, использующее для этого вольт-амперную характеристику феррорезонансного контура. Физическая нейтраль – линия, проходящая через точки воздушного зазора с нулевым значением индукции. Х Характеристика холостого хода синхронные машины – зависимость величины ЭДС, наводимой магнитным полем ротора в обмотке статора при от- ключённом питании и номинальной скорости вращения, от величины тока обмотки возбуждения. Характеристика образная синхронной машины – зависимость величины тока статора синхронной машины от величины тока возбуждения, полученная при постоянной нагрузке навалу и имеющая вид кривой с сильно выраженным минимумом, соответствующим режиму работы с чисто активным током Ц, Ч Цикл (петля) гистерезиса – зависимость магнитной индукции от напряжён- ности магнитного поля при её симметричном циклическом изменении, имеющая форму замкнутой кривой (петли. Четырёхпроводная трёхфазная система – трёхфазная цепь с нейтральным нулевым) проводом. Ш, Щ Шаблонная обмотка – распределённая обмотка, состоящая из катушек одинаковой формы с одинаковым шагом. Шаг обмотки (витка, катушки) – расстояние между пазами, в которые уложена обмотка (виток, катушка, выраженное в единицах измерения полюсного деления. Шаговый (импульсный) двигатель – синхронный двигатель, у которого движение магнитного поля и ротора происходит дискретно (шагами) за счёт поочерёдного переключения питания статорных обмоток. Шихтование (от нем. Schichte - слой – разделение материала магнитопровода на отдельные изолированные пластины вдоль направления магнитных линий для уменьшения потерь от вихревых токов. Щётка – проводник, изготовленный из материала с малым коэффициентом трения (графит, бронзографит) и образующий скользящий электрический контакт с кольцами или коллектором ротора электрической машины. Щёточно-коллекторный узел – механический преобразователь постоянного тока в переменный. Э Эквивалентные синусоиды – синусоидальные величины тока и напряжения, действующие значения и активная мощность которых равны действующим значениями активной мощности несинусоидальных периодических величин на входе двухполюсника. Электрическая машина – электромеханический преобразователь энергии, основанный на принципе электромагнитного взаимодействия. Электрическая сеть с глухозаземлённой нейтралью – сеть, в которой нейтральная точка (нейтраль) генератора или трансформатора непосредственно присоединена к заземляющему устройству. Электрическая сеть с изолированной нейтралью – сеть, в которой нейтральная точка (нейтраль) генератора или трансформатора не присоединена к заземляющему устройству. Электрическая цепь – совокупность технических устройств и объектов, по которым протекает электрический токи электромагнитные процессы в которых могут быть описаны понятиями электродвижущей силы, тока и напряжения. Электрический привод (электропривод) – электромеханическая система, состоящая из электродвигателя, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенных для приведения в движение рабочего органа машины и управления этим движением. Электрический ток – направленное движение электрических зарядов. Электрический фильтр – устройство, предназначенное для усиления или подавления в электрической цепи токов или напряжений определённой частоты или диапазона частот. Электрическое напряжение (падение напряжения, напряжение – работа, необходимая для перемещения зарядов на некотором участке электрической цепи и численно равная энергии, отдаваемой единичным зарядом на этом участке. Электродвижущая сила – сила, действующая на электрические заряды и вызывающая их движение и численно равная энергии, получаемой единичным зарядом на участке действия этой силы. Электромагнитное рассеяние – явление неполной электромагнитной связи двух индуктивно связанных цепей, вызванное с ответвлением части магнитного потока из магнитопровода в воздушную среду. Эллиптическое магнитное поле – вращающееся магнитное поле, годограф вектора индукции которого является эллипсом. Эффективное число витков обмотки – расчётное число витков распределенной обмотки эквивалентное числу витков сосредоточенной обмотки с полным шагом. Я Явление гистерезиса – зависимость значения магнитной индукции приданной напряжённости магнитного поля от её предшествующих значений. Якорное управление – регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока путём изменения напряжения питания якоря. Якорь – ротор машины постоянного тока. Якорь с печатной обмоткой – малоинерционный якорь, у которого проводники обмотки выполнены печатным способом. 295 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение Часть 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ и МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ 1. Электрические цепи постоянного тока ...................................................4 1.1. Электрическая цепь 1.2 Основные величины, характеризующие электрическую цепь ........6 1.3 Пассивные элементы электрической цепи 1.4 Активные элементы электрической цепи ..........................................14 1.5 Основные законы электрических цепей постоянного тока 1.6 Эквивалентные преобразования электрических цепей ....................20 1.7 Методы расчёта электрических цепей ...............................................25 1.7.1. Метод непосредственного применения закона Ома .............26 1.7.2. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа .27 Метод контурных токов ............................................................29 Метод узловых потенциалов ....................................................30 Метод наложения Метод эквивалентного генератора 2. Электрические цепи синусоидального переменного тока 2.1. Основные понятия теории и законы электрических цепей 2.1.1. Синусоидальные ЭДС, токи и напряжения ...........................35 2.1.2. Получение синусоидальной ЭДС 2.1.3. Изображение синусоидальных функций векторами 2.1.4. Основные элементы и параметры электрических цепей 2.1.5. Закон Ома. Пассивный двухполюсник...................................46 2.1.6. Законы Кирхгофа ......................................................................53 2.2. Анализ электрических цепей синусоидального тока 2.2.1. Неразветвлённая цепь синусоидального тока .......................55 2.2.2. Параллельное соединение ветвей ...........................................58 2.2.3. Схемы замещения катушки индуктивности и конденсатора 62 2.2.4. Смешанное соединение элементов .........................................64 2.2.5. Комплексный метод расчёта цепей переменного тока 2.2.6. Резонанс в электрических цепях .............................................70 2.2.7. Цепи с индуктивно связанными элементами 3. Трёхфазные цепи .......................................................................................82 3.1. Получение трёхфазной системы ЭДС ...............................................82 3.2. Связывание трёхфазной системы ......................................................84 3.3. Расчёт цепи присоединении нагрузки звездой 3.3.1. Соединение нагрузки звездой с нейтральным проводом .....86 3.3.2. Соединение нагрузки звездой без нейтрального провода 3.4. Расчёт цепи присоединении нагрузки треугольником ...................89 3.5. Мощность трёхфазной цепи ...............................................................91 3.5.1. Мощность при несимметричной нагрузке .............................91 296 3.5.2. Мощность при симметричной нагрузке .................................91 4. Электрические цепи несинусоидального тока .......................................92 4.1. Разложение периодической функции в тригонометрический ряд 4.2. Основные характеристики периодических несинусоидальных величин ........................................................................................................94 4.3. Мощность цепи несинусоидального тока 4.4. Расчёт цепи несинусоидального тока 5. Переходные процессы в электрических цепях 5.1. Коммутация. Законы коммутации. Начальные условия .................100 5.2. Классический метод расчёта переходных процессов ......................101 5.3. Переходные процессы вцепи с индуктивными резистивным элементами ..................................................................................................103 5.3.1. Подключение цепи к источнику постоянной ЭДС ...............105 5.3.2. Отключение цепи от источника постоянной ЭДС ................106 5.3.3. Переходные процессы при периодической коммутации 5.3.4. Подключение цепи к источнику синусоидальной ЭДС ......108 5.4. Переходные процессы вцепи с ёмкостным и резистивным элементами ..................................................................................................110 5.4.1. Подключение цепи к источнику постоянной ЭДС ...............111 5.4.2. Разрядка конденсатора через резистор 5.4.3. Переходные процессы при периодической коммутации 5.5. Разрядка конденсатора через катушку индуктивности ...................114 5.5.1. Апериодический переходный процесс ...................................116 5.5.2. Колебательный переходный процесс .....................................118 6. Нелинейные электрические цепи .............................................................119 6.1. Нелинейные резистивные элементы 6.2. Анализ цепи с нелинейными двухполюсниками .............................122 6.2.1. Цепь с источником постоянного тока 6.2.2. Цепь с источником переменного тока ....................................124 6.3. Анализ цепи с нелинейными трёхполюсниками..............................126 7. Магнитные цепи с постоянной магнитодвижущей силой ...................128 7.1. Основные понятия и законы магнитных цепей 7.2. Свойства ферромагнитных материалов ............................................132 7.3. Расчёт неразветвлённой магнитной цепи .........................................133 7.3.1. Прямая задача 7.3.2. Обратная задача ........................................................................134 7.3.3. Цепь с постоянным магнитом .................................................135 7.3.4. Сила притяжения магнита 8. Катушка с магнитопроводом вцепи переменного тока 8.1. Электромагнитные процессы при переменном токе .......................137 8.1.1. Потери от гистерезиса ..............................................................138 8.1.2. Потери от вихревых токов .......................................................140 297 8.1.3. Векторная диаграмма и схема замещения .............................141 8.2. Упрощённый анализ электромагнитных процессов ........................144 8.3. Явление феррорезонанса ....................................................................145 Часть 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ 9. Трансформаторы .......................................................................................149 9.1. Устройство и принцип действия 9.2. Математическая модель трансформатора 9.2.1. Уравнение магнитодвижущих сил и токов ............................151 9.2.2. Уравнения электрического состояния 9.3. Схема замещения 9.4. Векторная диаграмма ..........................................................................154 9.5. Режим холостого хода 9.6. Режим короткого замыкания 9.7. Внешняя характеристика ....................................................................159 9.8. Потери энергии в трансформаторе ....................................................161 9.9. Трёхфазные трансформаторы ............................................................163 9.10. Автотрансформаторы 9.11. Измерительные трансформаторы ....................................................167 10. Асинхронные двигатели ...........................................................................170 10.1. Вращающееся магнитное поле 10.2. Устройство и принцип действия 10.3. Электродвижущие силы обмоток ....................................................177 10.4. Магнитодвижущие силы и магнитные потоки обмоток ...............178 10.5. Уравнения электрического состояния и схема замещения 10.6. Режимы работы асинхронного двигателя .......................................182 10.7. Энергетический баланс 10.8. Вращающий момент и механическая характеристика ..................186 10.9. Пуск двигателя 10.10. Регулирование скорости вращения ...............................................192 10.10.1. Регулирование изменением числа пар полюсов 10.10.2. Регулирование понижением напряжения питания 10.10.3. Регулирование изменением сопротивления цепи ротора 10.10.4. Регулирование изменением частоты питания (частотное регулирование 10.11. Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели 10.11.1. Однофазные двигатели 10.11.2. Двухфазные двигатели .........................................................198 11. Синхронные машины 11.1. Устройство и принцип действия 11.2. Уравнение напряжений обмотки статора и векторная диаграмма ...................................................................................................205 11.3. Работа синхронного генератора на автономную нагрузку ...........206 298 11.4. Мощность и вращающий момент синхронной машины ...............207 11.5. Пуск синхронного двигателя 11.6. Регулирование коэффициента мощности .......................................212 11.7. Синхронные двигатели автоматических устройств 11.7.1. Реактивные двигатели ............................................................215 11.7.2. Гистерезисные двигатели 11.7.3. Шаговые двигатели ................................................................220 12. Двигатели постоянного тока 12.1. Устройство и принцип действия 12.2. Магнитная и электрическая цепи машины .....................................224 12.3. Электромагнитный момент машины 12.4. Реакция якоря 12.5. Коммутация .......................................................................................230 12.6. Энергетические соотношения машин постоянного тока ..............232 12.7. Характеристики двигателей постоянного тока ..............................234 12.7.1. Характеристики двигателей параллельного возбуждения .234 12.7.2. Тормозные режимы двигателей параллельного возбуждения .......................................................................................237 12.7.3. Характеристики двигателей последовательного возбуждения .......................................................................................240 12.7.4. Тормозные режимы двигателей последовательного возбуждения .......................................................................................242 12.7.5. Характеристики двигателей смешанного возбуждения .....242 12.8. Исполнительные двигатели постоянного тока 12.9. Коллекторные двигатели переменного тока 13. Основы электропривода ...........................................................................246 13.1. Уравнение движения привода 13.2. Ускорение и замедление привода ....................................................248 13.3. Нагрев и охлаждение двигателей 13.4. Номинальные режимы работы двигателей .....................................252 13.5. Выбор мощности двигателей ...........................................................253 13.6. Выбор типа двигателя .......................................................................257 14. Общие вопросы электроснабжения и электробезопасности .............259 14.1. Общие вопросы электроснабжения .................................................259 14.1.1. Электрические сети ................................................................259 14.1.2. Защита электрических сетей Потери энергии в электрических сетях и способы повышения экономических показателей 14.2. Основы электробезопасности 14.2.1. Условия поражения электрическим током ..........................264 14.2.2. Защита от поражения электрическим током Литература Глоссарий В 2007 году СПбГУ ИТМО стал победителем конкурса инновационных образовательных программ вузов России на 2007–2008 годы. Реализация инновационной образовательной программы Инновационная система подготовки специалистов нового поколения в области информационных и оптических технологий позволит выйти на качественно новый уровень подготовки выпускников и удовлетворить возрастающий спрос на специалистов вин- формационной, оптической и других высокотехнологичных отраслях экономики. КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ и ПРЕЦИЗИОННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В 1930 году техникум точной механики и оптики был реорганизован в учебный комбинат, состоящий из института, техникума и ФЗУ в системе Всесоюзного объединения оптико-механической промышленности. В те годы электротехническую подготовку в нашем институте проводили кафедры Электротехники и Электроизмерительных приборов. Кафедрой Электротехники руководил проф. Салтыков Л.Н., а кафедрой Электроизмерительных приборов проф. Шишелов Л.П. С сентября 1933 года исполнять обязанности заведующего кафедрой Электротехники нашего института начинает Рукавишников Н. Нас ноября года, на заведование кафедрой назначается Солодовников А. А, известный специалист в области электротехники, электроизмерительных приборов и оборудования. Вовремя войны при эвакуации ЛИТМО в г. Черепаново кафедрой руководил доц, к.т.н. Березниковский С. Ф штатное расписание кафедры в те годы насчитывало всего 4 человека. После возвращения ЛИТМО из эвакуации в 1944 году кафедрой заведует Березниковский С.Ф., которого 25 января 1945 года освобождают от обязанностей заведующего кафедрой Общей и специальной электротехники и назначают заведующим этой кафедрой профессора Зилитенкевича СИ. В послевоенные годы в целом по стране ив Ленинграде ощущался дефицит опытных преподавателей высшей школы и руководство институтом пригласило в качестве заведующего кафедрой Общей и специальной электротехники известного ученого, педагога и методиста Пиотровского Л. М. Большинство учебников по электрическим машинам в ту пору было написано Пиотровским Л.М. лично или в соавторстве с другими видными учеными. В 1948 году на базе кафедры Общей и специальной электротехники образуются кафедры Общей электротехники и электрических машин зав.каф. доц. Березниковский С.Ф., Теоретических основ электротехники зав. каф. проф. Слепян Л.Б. и Электроизмерительных приборов исполняющий обязанности зав. каф. проф. Слепян Л.Б. В 1951 году кафедры Электротехники и «ТОЭ» объединяют в единую кафедру Электротехники и ТОЭ» под руководством доц. Березниковского С.Ф. в составе Радиотехнического факультета, В 1956 году на радиотехническом факультете вновь образуются две кафедры «ТОЭ» зав. каф. доц. Сочнев А.Я. и Электрических машин зав. каф. доц. Березниковский С.Ф. В июле 1958 года доц. Сочнева А.Я. освобождают от обязанностей зав. каф. «ТОЭ», а доц. Фунтова НМ. назначают в.и.о. зав. каф. и избирают по конкурсу на должность заведующего в 1960 году. В 1961 году в ЛИТМО на должность заведующего кафедрой Электрических машин приглашают профессора Сахарова А.П. В 1965 году на должность заведующего кафедрой Электрических машин избирается доц, к.т.н. Глазенко ТА. В 1968 году кафедры «ТОЭ» и Электрических машин объединяются в единую кафедру Электротехники под руководством ТА. Глазенко. Татьяна Анатольевна Глазенко в 1948 году с отличием закончила энергетический факультет Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта. В 1953 году она защитила кандидатскую диссертацию ив году докторскую диссертацию. Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, почетный член Электротехнической академии России проф. Глазенко ТА. двадцать пять лет возглавляла кафедру. Она являлась видным, творчески активным ученым, автором более 200 опубликованных научных работ. В 1990 году на должность заведующего кафедрой избирается профессор, д.т.н. Герман - Галкин С.Г. В 1996 году кафедра Электротехники была переименована в кафедру Электротехники и прецизионных электромеханических систем. С 1991 года кафедрой руководит доцент, кандидат технических наук, Томасов Валентин Сергеевич. С 1992 погоды на кафедре работал заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, действительный член Международной Энергетической академии, профессор, д.т.н., Сабинин Ю.А.. Сегодня на кафедре работают профессор, д.т.н. Овчинников И.Е.; доценты, к.т.н.: Губанов Н.Н., Борисов П.В., Денисова А.В., Кротенко В.В., Лу- кичев ДА, Никитина МВ, Осипов Ю.М., Петров Е.А., Синицын В.А., Соловьев В.И., Толмачев В.А., Усольцев А.А.; доцент Гурьянов В.А.; ст. преподаватели к.т.н. Махин И.Е., Денисов КМ ассистенты Серебряков С. А, Жданов И.Н. Усольцев Александр Анатольевич Общая электротехника Учебное пособие В авторской редакции Компьютерная вёрстка и дизайн А.А.Усольцев Редакционно-издательский отдел Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. Лицензия ИД №00408 от 05.11.1999 Зав. редакционно-издательским отделом Н.Ф.Гусарова Подписано к печати 12.02.2009 Тираж 500 экз. Заказ №2035. Отпечатано на ризографе. Редакционно-издательский отдел Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр, 49 |