Введение § в.1. Назначение электрических машин и трансформаторов. История развития электрических машин и трансформаторов реферат

Реферат - Электрические машины и трансформаторы

МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

(МЗЭТ ГОУ СПО ИЭК)

Барнаульский филиал

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

По теме «Электрические машины и трансформаторы»

Деркач Николай Николаевич шифр Д—2170

3 курса, специальности 140206-01 .

Вопрос № 1 Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Значение опытов. Напряжение короткого замыкания

Электрическая схема замещения позволяет с достаточной точностью исследовать свойства трансформаторов в любом режиме. Использование этой схемы при определении характеристик имеет наибольшее практическое значение для трансформаторов мощностью 50 кВ-А и выше, так как исследование таких трансформаторов методом непосредственной нагрузки связано с некоторыми техническими трудностями: непроизводительным расходом электроэнергии, необходимостью в громоздких и дорогостоящих нагрузочных устройствах.

Определение параметров схемы замещения Z1 = r1+jx1; Zm = rm +jxm ', Z2/ =r2/ +jx2/ возможно либо расчетным (в процессе расчета трансформатора), либо опытным путем. Ниже излагается порядок определения параметров схемы замещения трансформатора опытным путем, сущность которого состоит в проведении опыта холостого хода (х. х.) и опыта короткого замыкания (к. з.).

Опыт холостого хода. Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (zн =бесконечности, I2 =0). В этом случае уравнения ЭДС и токов (1.34) принимают вид

Так как полезная мощность при работе трансформатора вхолостую равна нулю, мощность на входе трансформатора в режиме х. х. Pqрасходуется на магнитные потери в магнитопроводе Рм (потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи) и электрические потери в меди I02 r1 (потери на нагрев обмотки при прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки. Однако ввиду небольшого значения тока I0, который обычно не превышает 2—10% I1ном, электрическими потерями I02 r1 можно пренебречь и считать, что вся мощность х. х. представляет собой мощность магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные потери в трансформаторе принято называть потерями холостого хода.,

Опыт х. х. однофазного трансформатора проводят по схеме, изображенной на рис. 1.29, а. Комплект электроизмерительных приборов, включенных в схему, дает возможность непосредственно измерить напряжение U1, подведенное к первичной обмотке; напряжение U20 на выводах вторичной обмотки; мощность х.х. Р0и ток Х.Х. Iо.

Напряжение к первичной обмотке трансформатора обычно подводят через регулятор напряжения РН, позволяющий плавно повышать напряжение от 0 до 1,15 U1ном-

При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока х.х. снимают показания приборов,- а затем строят характеристики х.х.: зависимость тока х.х. I0," мощности х.х. Pqи коэффициента мощности х.х. соs ф0 от первичного напряжения U1 (рис. 1.30).

Криволинейность этих характеристик обусловлена состоянием магнитного насыщения магнито-провода, которое наступает при некотором значении напряжения U1.

В случае трехфазного трансформатора опыт х.х. проводят по схеме, показанной на рис. 1.29, б. Характеристики х.х. строят по средним фазным значениям тока и напряжения для трех фаз:

где P0 и P0" — показания однофазных ваттметров; U1 и I0 — фазные значения напряжения и тока.

По данным опыта х. х. можно определить: коэффициент трансформации

ток х.х. при U 1ном (в процентах от номинального первичного тока)

(1.45)

потери х. х. P0.

В трехфазном трансформаторе токи х.х. в фазах неодинаковы и образуют несимметричную систему

поэтому мощность Р0 следует измерять двумя ваттметрами по схеме, изображенной на рис. 1.29, б. Падение напряжения в первичной ветви схемы замещения в режиме х.х. Io(r1+jx1) (рис. 1.31) составляет весьма незначительную величину, поэтому, не допуская заметной ошибки, можно пользоваться следующими выражениями для расчета параметров ветви намагничивания:

Обычно в силовых трансформаторах общего применения средней и большой мощности при номинальном первичном напряжении ток х. х. i0=10/0,6%.

Если же фактические значения тока х. х. Iном и мощности х. х. Р0 ном, соответствующие номинальному значению первичного напряжения U1 ном, заметно превышают величины этих параметров, указанные в каталоге на данный тип трансформатора, то это свидетельствует о неисправности этого трансформатора: наличии корот-козамкнутых витков в обмотках либо замыкании части пластин магнитопровода.

Опыт короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора — это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (zH =0), при этом вторичное напряжение U2 =0. В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение U1ном, короткое замыкание является аварийным режимом и представляет собой большую опасность для трансформатора.

При опыте к.з. вторичную обмотку однофазного трансформатора замыкают накоротко (рис. 1.32, а), а к первичной обмотке подводят пониженное напряжение, постепенно повышая его регулятором напряжения РН до некоторого значения Uк ном, при котором токи к. з. в обмотках трансформатора становятся равными номинальным токам в первичной (I1к =I1ном) и вторичной (I2к =I2ном) обмотках. При этом снимают показания приборов и строят характеристики к. з., представляющие собой зависимость тока к. з. I1K, мощности к. з. Рк и коэффициента мощности cos срк от напряжения к. з. UK (рис. 1.33).

В случае трехфазного трансформатора опыт проводят по схеме, показанной на рис. 1.32, б, а значения напряжения к.з. и тока к.з. определяют как средние для трех фаз:

В случае трехфазного трансформатора активную мощность измеряют методом двух ваттметров. Тогда мощность к. з.

В (1.52) Рк и Рк " — показатели однофазных ваттметров, Вт.

Напряжение, при котором токи в обмотках трансформатора при опыте равны номинальным значениям, называют номинальным напряжением короткого замыкания и обычно выражают его в процентах от номинального напряжения:

Вопрос №2 Средства улучшения коммутации в машинах постоянного тока

Таблица 13.1. Степень искрения (класс коммутации) электрических машин постоянного тока

Большое практическое значение * при эксплуатации машин постоянного тока имеют вопросы улучшения коммутации. Основной причиной неудовлетворительной коммутации является возникновение в коммутирующих секциях добавочного тока коммутации

1. Выбор вдетак, С точки зрения обеспечения удовлетворительной коммутации целесообразно применение щеток с большим падением напряжения в переходном контакте и собственно щетке, т.е. щетки с большим сопротивлением rщ, что привело бы к уменьшению тока iд. Однако допустимая плотность тока в щеточном контакте таких щеток невелика, поэтому их применение в машинах со значительным током якоря ведет к необходимости увеличения площади щеточного контакта, что требует увеличения площади коллектора за счет его длины. В связи с этим щетки с большим rш используют преимущественно в машинах с относительно высоким напряжением, а следовательно, с небольшим током якоря.

2. Уменьшение реактивной ЭДС в коммутирующих секциях. Снижению реактивной ЭДС, индуцируемой в коммутирующих секциях, способствует уменьшение коэффициентов взаимной индуктивности М и самоиндукции Lс… Понижение коэффициента М достигается применением обмоток якоря с укороченным шагом (у1 < т) и щеток шириной не более чем в два-три коллекторных деления. Уменьшение коэффициента самоиндукции Lсдостигается сокращением числа витков в секциях обмотки.

Из этого следует, что для улучше ния коммутации необходимо умень шить величину добавочного тока ком мутации. Этого можно достигнуть не сколькими способами.

3. Добавочные полюса. Назначение добавочных полюсов — создание магнитного поля в зоне коммутации с магнитной индукцией Вд.п такого значения и направления, чтобы «подавить» магнитную индукцию от реакции якоря Вр.я, и сверх этого создать в зоне коммутации магнитную индукцию Вк. Индукция Вк должна быть достаточной для индуцирования в коммутирующей секции ЭДС вращения евр, равную по величине и противоположную по направлению реактивной ЭДС ер, так чтобы суммарная ЭДС в коммутирующей секции оказалась равной нулю.

Добавочные полюса располагают между главными полюсами по линии геометрической нейтрала, а их обмотку включают последовательно с обмоткой якоря, чем обеспечивается автоматическое поддержание на требуемом уровне значения магнитной индукции в зоне коммутации при изменениях нагрузки машины. Все машины постоянного тока мощностью свыше 1 кВт снабжаются добавочными полюсами, число которых принимают равным числу главных полюсов или же вдвое меньшим. Добавочные полюса обеспечивают удовлетворительную коммутацию в машине только при нагрузках в пределах номинальной. При перегрузке машины происходит насыщение магнитной цепи этих полюсов и коммутация ухудшается.

Однако добавочные полюсы не устраняют полностью нежелательного воздействия реакции якоря на распределение магнитной индукции в зазоре машины постоянного тока. Поэтому в мощных быстроходных машинах постоянного тока, работающих в режиме интенсивных нагрузок, применяют компенсационную обмотку. Эту обмотку включают последовательно в цепь якоря и располагают в полюсных наконечниках главных полюсов машины (рис. 13.9). Компенсационная обмотка создает МДС по поперечной оси встречно магнитному потоку якоря и компенсирует его.

4. Смещение щеток с геометрической нейтрали. В машинах мощностью до 1 кВт без добавочных полюсов улучшение коммутации достигается смещением щеток с геометрической нейтрали в направлении вращения якоря у генераторов или встречно направлению вращения якоря у двигателей. Этот способ улучшения коммутации применим лишь в нереверсируемых электрических машинах, работающих с неизменной нагрузкой.

Искрение на коллекторе является интенсивным источником электромагнитных колебаний частотой от 1000 до 3000 Гц. Эти колебания распространяются по сети и вызывают помехи в радиоприемных устройствах. Для устранения помех применяют подавляющие электрические фильтры из проходных конденсаторов типа КБП емкостью от 0,1 до 1,0 мкФ (рис. 13.10). У этих конденсаторов одним из зажимов является металлическая оболочка, прикрепляемая к заземленному корпусу машины.

Вопрос № 3 Устройство и принцип действия автотрансформатора.

Его достоинства и недостатки

Основное конструктивное отличие автотрансформатора от трансформатора состоит в том, что в автотрансформаторе часть обмотки ВН является обмоткой НН. В связи с этим энергия из первичнойцепи во вторичную передается не только за счет магнитной связи между этими цепями, но и за счет непосредственной электрической связи этих цепей. Рассмотрим работу однофазного понижающего автотрансформатора (рис. 3.2, а).

Участок обмотки аХ—общий для первичной и вторичной цепей. Пренебрегая током х. х., запишем уравнение МДС:

I1 wAX + waX I2=0.

Разделив это уравнение на число витков обмотки wAX, получим уравнение токов автотрансформатора:

I1 + I2 (waX / wAX )=0, илиI1 = — I2 / kA, (3.5)

где kA = wAX /waX — коэффициент трансформации автотрансформатора.-

По общей части витков аХ обмотки автотрансформатора проходит ток I12, равный алгебраической сумме токов, т. е.

I12 = I1 + I2. (3.6)

В понижающем автотрансформаторе вторичный ток больше первичного, т. е. I2>I1. Из этого следует, что в этом трансформаторе ток I12 в общей части витков аХ равен разности вторичного и первичного токов:

I12 =I2 -I1. (3.7)

Если коэффициент трансформации автотрансформатора немногим больше единицы, то токи I1 и I2 мало отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это позволяет выполнить часть аХ обмотки автотрансформатора из провода меньшего сечения.

Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, пред- ставляющей собой всю передаваемую мощность Sпp=U2I2 из первичной цепи во вторичную. Кроме того, различают еще расчетную мощность Sрасч, представляющую собой мощность, передаваемую из первичной во вторичную цепь магнитным полем. Расчетной эту мощность называют потому, что размеры и вес трансформатора зависят от величины этой мощности. В трансформаторе вся проходная мощность является расчетной, так как между обмотками трансформатора существует лишь магнитная связь. Но в автотрансформаторе между первичной и вторичной цепями помимо магнитной связи существует еще и электрическая. Поэтому расчетная мощность составляет лишь часть проходной мощности, другая ее часть передается между цепями без участия магнитного поля. В подтверждение этого разложим проходную мощность автотрансформатора Sпр=I2U2 на составляющие. Воспользуемся для этого выражением (3.7), из которого следует, что I2 =I1+I12. Подставив это выражение в формулу проходной мощности, получим

Snp =U2I2=U2 (I1 +I12 )=U2 I1 +U2 I12 =Sэ + Sрасч. " (3.8)

Здесь S э — U 2 I 1 — мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную благодаря электрической связи между этими цепями.

Таким образом, расчетная мощность в автотрансформаторе Sрас = U2 I12 составляет лишь часть проходной. Это дает возможность для изготовления автотрансформатора использовать магни-топровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности.

Средняя длина витка_обмотки также становится меньше; следовательно, уменьшается расход меди на выполнение" обмотки авто-трансформйтораГ Одновременно уменьшаются магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора повышается^

Таким образом, автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощности обладает следующими преимуществами: меньшим расходом активных материалов (медь и электротёх«ничё-ская сталь), более высоким КПД, меньшими размерами и стоимостью. У автотрансформаторов большой мощности КПД достигает 99,7%.

Указанные преимущества автотрансформатора тем значительнее, чем больше мощность SЭ, а следовательно, чем меньше расчетная часть проходной мощности.

Мощность SЭ, передаваемая из первичной во вторичную цепь благодаря электрической связи между этими цепями, определяется выражением

Sэ = U2I1 = U2I2/kA = Sпр /kA, (3.9)

т. е. величина мощности Sэ обратно пропорциональна коэффициенту трансформации автотрансформатора kA .

Из графика, изображенного на рис. 3.3, видно, что применение автотрансформатора дает заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших значениях коэффициента трансформации. Например, при kA =\ вся мощность автотрансформатора передается во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (Sэ /Sпр=1).

Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации kA 2. При большой величине коэффициента трансформации преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, состоящие в следующем:

1. Большие токи к.з. в случаях понижающего автотрансформатора: при замыкании точек а и X(см. рис. 3.2, а) напряжение U1 подводится лишь к небольшой части витков Аа, которые обладают очень малым сопротивлением к.з. В этом случае автотрансформаторы не могут защитить сами себя от разрушающего действия токов к.з., поэтому токи к.з. должны ограничиваться сопротивлением других элементов электрической установки, включаемых в цепь автотрансформатора.

2. Электрическая связь стороны ВН со стороной НН; это требует усиленной электрической изоляции всей обмотки.

3. При использовании автотрансформаторов в схемах понижения напряжения между проводами сети НН и землей возникает напряжение, приблизительно равное напряжению между проводом и землей на стороне ВН.

4. В целях обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала нельзя применять автотрансформаторы для питания цепей НН от сети ВН.

Задача № 1

Выберите тип обмотки и рассчитайте её шаги. Обоснуйте свой выбор. Начертите развёрнутую схему и схему параллельных ветвей обмотки якоря машины постоянного топка.

Исходные данные:

Число пар полюсов Р = 1

Число элементарных пазов Zэ = 15

Число секций S = 15

Число коллекторных пластин. К = 15

Ток в якоре Ia = 600А

Ток параллельной ветви должен ограничивается значением. ia= ( 300 – 350) А

Ia= 2aia

2a – число параллельных ветвей обмотки якоря

ia – ток одной параллельной ветви

2а = 2Р ia = Ia/2a = 600/2*1 = 300A

Выбираем простую петлевую обмотку.

Задача № 2

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением работает в номинальном режиме с мощностью Рном при напряжении Uном и токе Iном. Ток в обмотке возбуждения — Iв, в обмотке якоря — Iа. Сопротивление обмотки возбуждения при tхол = 20 °С — RВ 20°С, а обмотки якоря – Ra 20°С. ЭДС генератора- Е. КПД генератора — rном, а суммарные потери мощности в генераторе ∑ р.

По заданным в таблице 2 значениям величин определить все остальные, отмеченные в таблице прочерками. Начертите схему такого генератора и поясните назначение каждого элемента схемы.

ЗАДАЧА 3

Трехфазный трансформатор имеет номинальную мощность SHQM. номинальные (линейные) напряжения обмоток U1ном и U2ном — номинальные токи I1ном и I2ном и коэффициент трансформации k. В сердечнике трансформатора сечением Qсоздается магнитная индукция Втах при частоте тока = 50 Гц. Обе обмотки соединены в-звезду. Числа виткоз первичной и вторичной обмоток – w1 и w2. ЭДС в обмотках (фазные величины) составляют Е1ф и Е2ф. По заданным в таблице 3 значениям величин определить все остальные, отмеченные в таблице прочерками.

www.ronl.ru

История развития электрических машин и трансформаторов — доклад

История развития электрических машин и трансформаторов

Возможность преобразования электрической энергии в механическую была впервые установлена М. Фарадеем, создавшим в 1821 году первую модель электрического двигателя, в которой электрический ток, протекая по медному проводу, вызывал его движение вокруг вертикально поставленного постоянного магнита. Однако дальнейшие работы по созданию электродвигателя в течение более чем десятилетнего периода не приносили удовлетворительных результатов. Лишь в 1834 году русским академиком Б. С. Якоби была создана конструкция, послужившая прототипом современного электродвигателя.

Возможность создания электрического генератора возникла только после открытия М. Фарадеем в 1831 году закона электромагнитной индукции. Используя это открытие, братья Пикси в 1832 году создали конструкцию первого электрического генератора с вращающимися постоянными магнитами и с коммутатором для выпрямления тока.

Первое время развитие электродвигателей и генераторов шло независимо друг от друга.

В 1833 году Ленцем был сформулирован принцип обратимости электрических машин, а в 1838 году этот принцип был практически осуществлен.

Дальнейшим этапом развития генераторов явилась замена постоянных магнитов электромагнитами.

Начальный период развития электрических машин связан главным образом с постоянным током. Объясняется это тем, что потребителями электрической энергии являлись установки, работающие исключительно на постоянном токе (дуговые лампы, установки гальванопластики и т.п.). Применение электрического освещения в крупных городах потребовало повышения мощности электрических генераторов и их дальнейшего усовершенствования.

В 1867 году В. Сименс применил принцип самовозбуждения для генераторов последовательного возбуждения. В этом же году Д. Максвелл впервые дал математическую теорию электрической машины с самовозбуждением, заложив основы теории электрических машин.

В 1870 году З. Грамм построил машину с кольцевым якорем, а в 1873 году Ф. Гефнер-Алтенек и В. Сименссконструировали машину с «барабанным» якорем.

Развитие электрических железных дорог значительно увеличило спрос на электродвигатели и генераторы, что способствовало их дальнейшему совершенствованию.

В 80-х годах 19 века возникла необходимость передавать электроэнергию на расстояние. В 1882 году были проведены опыты по передаче электроэнергии на постоянном токе при повышенном напряжении. Однако высокое напряжение в генераторах постоянного тока ухудшило работу коллектора, что часто приводило к авариям. Все это усиливало интерес электротехников того времени к переменному току.

Большая заслуга в развитии переменного тока принадлежит русскому ученому П. Н. Яблочкову, который широко использовал переменный ток для питания изобретенных им электрических свечей. В 1876 году П. Н. Яблочков применил для питания этих свечей трансформаторы с незамкнутым сердечником, положив тем самым началопрактическому использованию трансформаторов.

Трансформаторы с замкнутым сердечником, подобные современным трансформаторам, появились позднее, в 1884 году.

Началом практического применения переменного тока для целей электропривода следует считать 1889 год, когда выдающийся русский инженер М. О. Доливо-Добровольский предложил для практического применения трехфазную систему переменного тока и построил трехфазный асинхронный двигатель и трехфазный трансформатор.

Первая линия электропередачи трехфазного переменного тока протяженностью 175 км при напряжении 15 тысяч вольт с применением трехфазных трансформаторов была сооружена Доливо-Добровольским в 1891 году. Результаты испытаний этой линии подтвердили возможность применения системы трехфазного тока для передачи значительных количеств электроэнергии при сравнительно высоком КПД.

К началу 20 века были созданы все основные виды электрических машин и разработаны основы их теории. Начиная с этого времени быстрыми темпами происходит электрификация промышленности и транспорта.

В связи с этим растут мощности электростанций, создаются турбогенераторы – машины, непосредственно соединенные с паровой турбиной. Увеличивается мощность генераторов и трансформаторов. Если в 1900 году мощность генератора не превышала 5 тыс. ква, то к 1920 году были построены турбогенераторы мощностью 60 тыс. ква. Применен

student.zoomru.ru

Введение § в.1. Назначение электрических машин и трансформаторов

Электрификация — это широкое внедрение в промышленность, сельское хозяйство, транспорт и быт электрической энергии, вырабатываемой на мощныхэлектростанциях, объединенных высоковольтными электрическими сетями в энергетические системы.

Электрификация осуществляется посредством электротехнических изделий, производством которых занимается электротехническая промышленность. Основной отраслью этой промышленности является электромашиностроение, занимающееся разработкой и производством электрических машин и трансформаторов.

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической и электрической энергии. Электрическая энергия вырабатываетсяна электростанциях электрическими машинами — генераторами, преобразующими механическую энергию в электрическую. Основная часть электроэнергии (до 80 %) вырабатывается на тепловых электростанциях, где при сжигании химического топлива (уголь, торф, газ) нагревается вода и переводится в пар высокого давления. Последний подается в турбину, где, расширяясь, приводит ротор турбины во вращение (тепловая энергия в турбине преобразуется в механическую). Вращение ротора турбины передается на вал генератора (турбогенератора). В результате электромагнитных процессов, происходящих в генераторе, механическая энергия преобразуется в электрическую.

Процесс производства электроэнергии на атомных электростанциях аналогичен тепловым, с той лишь разницей, что вместо химического топлива используется ядерное.

Процесс выработки электроэнергии на гидравлических электростанциях состоит в следующем: вода, поднятая плотиной на определенный уровень, сбрасывается на рабочее колесо гидротурбины; получаемая при этом механическая энергия путем вращения колеса турбины передается на вал электрического генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую.

В процессе потребленияэлектрической энергии происходит ее преобразование в другие виды энергий (тепловую, механическую, химическую). Около 70 % электроэнергии используется для приведения в движение станков, механизмов, транспортных средств, т. е. для преобразования ее в механическую энергию. Это преобразование осуществляется электрическими машинами — электродвигателями.

Электродвигатель — основной элемент электропривода рабочих машин. Хорошая управляемость электрической энергии, простота ее распределения позволили широко применить в промышленности многодвигательный электропривод рабочих машин, когда отдельные звенья рабочей машины приводятся в движение самостоятельными двигателями. Многодвигательный привод значительно упрощает механизм рабочей машины (уменьшается число механических передач, связывающих отдельные звенья машины) и создает большие возможности в автоматизации различных технологических процессов. Электродвигатели широко применяют на транспорте в качестве тяговых двигателей, приводящих во вращение колесные пары электровозов, электропоездов, троллейбусов и др.

За последнее время значительно возросло применение электрических машин малой мощности — микромашин мощностью от долей до нескольких сотен ватт. Такие электрические машины используют в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Особый класс электрических машин составляют двигатели для бытовых электрических устройств — пылесосов, холодильников, вентиляторов и др. Мощность этих двигателей невелика (от единиц до сотен ватт), конструкция проста и надежна, и изготовляют их в больших количествах.

Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места ее потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Но электроэнергию недостаточно передать. Ее необходимо распределить среди множества разнообразных потребителей — промышленных предприятий, транспорта, жилых зданий и т. д. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500 кВ и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится неоднократно повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых трансформаторами. Трансформатор не является электрической машиной, так как его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Кроме того, трансформатор — это статическое устройство, и в нем нет никаких движущихся частей. Однако электромагнитные процессы, протекающие в трансформаторах, аналогичны процессам, происходящим при работе электрических машин. Более того, электрическим машинам и трансформаторам свойственна единая природа электромагнитных и энергетических процессов, возникающих при взаимодействии магнитного поля и проводника с током. По этим причинам трансформаторы составляют неотъемлемую часть курса электрических машин.

Отрасль науки и техники, занимающаяся развитием и производством электрических машин и трансформаторов, называется электромашиностроением. Теоретические основы электромашиностроения были заложены в 1821 г. М. Фарадеем, установившим возможность преобразования электрической энергии в механическую и создавшим первую модель электродвигателя. Важную роль в развитии электромашиностроения имели работы ученых Д. Максвелла и Э. X. Ленца. Дальнейшее развитие идея взаимного преобразования электрической и механической энергий получила в работах выдающихся русских ученых Б. С. Якоби и М. О. Доливо-Добровольского, которыми были разработаны и созданы конструкции электродвигателей, пригодные для практического использования. Большие заслуги в создании трансформаторов и их практическом применении принадлежат замечательному русскому изобретателю П.Н. Яблочкову. В начале XX столетия были созданы все основные виды электрических машин и трансформаторов и разработаны основы их теории.

В настоящее время отечественное электромашиностроение достигло значительных успехов. Если в начале текущего столетия в России фактически не было электромашиностроения, как самостоятельной отрасли промышленности, то за последние 50—70 лет была создана отрасль электротехнической промышленности — электромашиностроение, способная удовлетворять потребности нашего развивающегося народного хозяйства в электрических машинах и трансформаторах. Были подготовлены кадры квалифицированных электромашиностроителей — ученых, инженеров, техников.

Дальнейший технический прогресс определяет в качестве основной задачи закрепление успехов электромашиностроения путем практического внедрения последних достижений электротехники в реальные разработки устройств электропривода для промышленных устройств и изделий бытовой техники. Осуществление этого требует перевода производства на преимущественно интенсивный путь развития. Главная задача состоит в повышении темпов и эффективности развития экономики на базе ускорения научно-технического прогресса, технического перевооружения и реконструкции производства, интенсивного использования созданного производственного потенциала. Значительная роль в решении этой задачи отводится электрификации народного хозяйства.

При этом необходимо учитывать возрастающие экологические требования к источникам электроэнергии и наряду с традиционными способами развивать экологически чистые (альтернативные) способы производства электроэнергии с использованием энергии солнца, ветра, морских приливов, термальных источников. Широко внедряются автоматизированные системы в различные сферы народного хозяйства. Основным элементом этих систем является автоматизированный электропривод, поэтому требуется опережающими темпами наращивать выпуск автоматизированных электроприводов.

В условиях научно-технического развития большое значение приобретают работы, связанные с повышением качествавыпускаемых электрических машин и трансформаторов. Решение этой задачи является важным средством развития международного экономического сотрудничества. Соответствующие научные учреждения и промышленные предприятия России ведут работы по созданию новых видов электрических машин и трансформаторов, удовлетворяющих современным требованиям к качеству и технико-экономическим показателям выпускаемой продукции.

studfiles.net

Введение § в.1. Назначение электрических машин и трансформаторов

studfiles.net

История развития электрических машин и трансформаторов

Электромашиностроение начало развиваться с середины XIX в. Исследования электромагнитных полей, проведенные в то время учеными, позволили приступить к созданию моделей для практического применения. Выдающееся значение имели работы французского физика А. Ампера, английского физика М. Фарадея и русских ученых Э. Ленца, Б. Якоби и М. О. Доливо-Добровольского, работы которых дали мощный толчок практическому использованию переменного тока.

Андре Мари Ампер (1775 - 1836гг.)

К началу XX в. стали вполне очевидными достоинства и широкие возможности использования в народном хозяйстве электрической энергии. Были доказаны и практически реализованы такие замечательные свойства электрической энергии, как простота выработки, преобразование, трансформация, распределение и передача на большие расстояния.

Продолжительный период времени электрический генератор и электрический двигатель развивались независимо друг от друга, и только в 70-х годах XIX в. пути их развития объединились.

Электрическая машина постоянного тока прошла четыре этапа развития: 1 - магнитоэлектрические машины с постоянными магнитами; 2 - машины с электромагнитами с независимым возбуждением; 3 - электрические машины с самовозбуждением и элементарными якорями; 4 - электрические машины с усовершенствованными якорями и многополюсными системами.

Начальный период развития электрических машин связан, главным образом, с постоянным током. Объясняется это тем, что потребителями электрической энергии являлись установки, работающие исключительно на постоянном токе (дуговые лампы, установки гальванопластики и др.).

Развитие электрических железных дорог значительно увеличило спрос на электродвигатели и генераторы. В 80-х годах XIX столетия возникла необходимость передавать электроэнергию на расстояние. В 1882 г. были проведены первые опыты по передаче электроэнергии на постоянном токе. Однако высокое напряжение в генераторах постоянного тока ухудшало работу коллектора и часто приводило к авариям. Большая заслуга в развитии переменного тока принадлежит русскому ученому П. Н. Яблочкову, который в 1876 г. применил трансформатор для питания изобретенных им электрических свечей. Трансформатор П. Н. Яблочкова имел незамкнутый сердечник.

Электродвигатель в разрезе.

Трансформаторы с замкнутым магнитопроводом, применяемые в настоящее время, появились значительно позднее, в 1884 г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не имел применения. Выдающийся русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор.

На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. М. О. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу переменного тока протяженностью 175 км (местечко Лауфен во Франкфурте-на-Майне).

Трехфазный генератор имел мощность 230 кВА при напряжении 95 В. При помощи трехфазных трансформаторов напряжение генератора в Лауфене повышалось до 15 кВ и понижалось во Франкфурте-на-Майне до 65 В (фазного значения), при котором осуществлялось питание трехфазного асинхронного двигателя для насосной установки мощностью 75 кВт.

Варианты цилиндрической обмотки трансформатора.

При дальнейших опытах напряжение в линии электропередачи повышалось до 28 кВ посредством последовательного включения обмоток высшего напряжения двух трансформаторов. Коэффициент полезного действия (КПД) электропередачи составлял 77,4% и считался тогда высоким. В дальнейшем начали применять масляные трансформаторы, так как было установлено, что масло — хороший изолятор и хорошая охлаждающая среда для трансформаторов.

XX столетие характеризуется быстрым ростом промышленности и транспорта на базе электрификации. К трансформаторам и электрическим машинам предъявлялись более высокие требования: повышение экономичности, уменьшение массы и габаритов. Проводилась большая работа по изучению электромагнитных и тепловых процессов, происходящих при работе трансформаторов и электрических машин, изысканию новых изоляционных материалов и улучшению свойств электротехнической стали.

В царской России не было своей трансформаторной и электромашиностроительной промышленности, а имевшиеся заводы принадлежали иностранным фирмам и по существу являлись мастерскими, где машины и трансформаторы собирались из частей, привозимых из-за границы. После Октябрьской революции открылась возможность для развития отечественного электромашино- и трансформаторостроения.

Схема устройства трансформатора.

Осуществление плана ГОЭЛРО (1920 г.) требовало производства новых, более совершенных трансформаторов и электрических машин. Советская электропромышленность за короткий промежуток времени прошла путь, который зарубежная техника проходила в течение почти полувека. Быстро осваивая новые типы машин, электромашиностроительная промышленность СССР качественно и количественно достигла уже к концу второй пятилетки зарубежного уровня. По плану ГОЭЛРО предполагалось в течение 10-15 лег построить тридцать электростанций с суммарной мощностью 1700 МВт. План ГОЭЛРО был выполнен досрочно к 1 января 1931 г.

В период Великой Отечественной войны темпы развития энергетики и электрификации были заметно сокращены, некоторые электротехнические заводы были эвакуированы в восточные районы страны, а другие оказались в блокаде (Ленинград) или на оккупированной территории.

В послевоенный период началось быстрое восстановление и развитие районных электростанций и электротехнических заводов, была произведена модернизация и реконструкция старых заводов, построен целый ряд новых для массового производства серийных электрических машин и для крупного электромашиностроения.

Соответственно, началось резкое повышение производства электроэнергии, которое, по сравнению с предвоенным 1940 г., к 1950 г. возросло в два раза, к 1960 г. - в шесть раз. В СССР строились самые мощные в мире электрические машины, основные показатели которых (КПД, масса, габариты и др.) не уступали лучшим образцам иностранных фирм.

Поделитесь полезной статьей:

Top

fazaa.ru

Введение § в.1. Назначение электрических машин и трансформаторов. История развития электрических машин и трансформаторов реферат

Реферат - Электрические машины и трансформаторы

История развития электрических машин и трансформаторов — доклад

Введение § в.1. Назначение электрических машин и трансформаторов

Введение § в.1. Назначение электрических машин и трансформаторов

История развития электрических машин и трансформаторов

Смотрите также