Авиационные электрические машины

1.

Авиационные
электрические машины
Кафедра ЭТиАЭО
Лектор – д.т.н., профессор Халютин Сергей Петрович
Тел. +7 (903) 549-84-01
email: [email protected]
1

2.

Организационные вопросы
Количество лекций – 15
Лабораторные работы - 24
СРС– 90
Допуск к экзамену
Экзамен
Пересдачи….
2

3.

Источники информации
Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические
машины. Введение в электромеханику.
Машины постоянного тока и трансформаторы.
– СПб.: Питер, 2008
Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические
машины. Машины переменного тока. - СПб.:
Питер, 2008
Сапожникова Е.Ж. Авиационные
электрические машины. Электрические
машины постоянного тока. Пособие к
выполнению лабораторных работ. – М.: МГТУ
ГА, 2012
Сапожникова Е.Ж. Электрические машины.
Пособие к выполнению лабораторных работ. –
М.: МГТУ ГА, 2011
Сапожникова Е.Ж. Авиационные
электрические машины. Пособие к
выполнению лабораторных работ. Часть 4.
Авиационные синхронные генераторы. – М.:
МГТУ ГА, 2002
Видеокурсы youtube и т.п.
3

4.

Разделы дисциплины
Авиационные
трансформаторы
Общие вопросы теории
электрических машин
Авиационные
асинхронные машины
Авиационные синхронные
машины
Авиационные электрические
машины постоянного тока
4

5.

Раздел №1
АВИАЦИОННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Принцип действия и устройство однофазного
трансформатора
Уравнения неприведенного трансформатора
Уравнения приведенного трансформатора
Схема замещения и векторная диаграмма
трансформатора
Характеристики трансформатора
Особенности трехфазных трансформаторов
5

6.

Принцип действия и устройство
однофазного трансформатора
6

7.

Конструкция трансформатора
7

8.

Уравнения неприведенного
трансформатора
Индуктивные сопротивления рассеяния первичной и
вторичной обмоток
8

9.

Режим нагрузки трансформатора
9

10.

Режим нагрузки трансформатора
10

11.

Приведение величин вторичной цепи к
первичной
11

12.

1. Приведение тока I2
12

13.

2. Приведение ЭДС E2
13

14.

3. Cвязь между приведенными и
действительными параметрами вторичной
цепи
14

15.

4. Выражение для U2
15

16.

5. Уравнение для МДС
16

17.

Уравнения приведенного
трансформатора
17

18.

Схема замещения трансформатора
18

19.

Схема замещения трансформатора
19

20.

Последовательность построения векторной диаграммы
20

21.

Последовательность построения векторной диаграммы
21

22.

Схема замещения и векторная диаграмма
трансформатора
(холостой ход)
22

23.

Схема замещения и векторная диаграмма
трансформатора
(короткое замыкание)
23

24.

Режимы работы трансформатора
(активно-индуктивная нагрузка)
24

25.

Режимы работы трансформатора
(активно-емкостная нагрузка)
25

26.

Трёхфазный трансформатор
(соединение первичной обмотки)
26

27.

Трёхфазный трансформатор
(группы соединения обмоток)
27

28.

Характеристики трансформатора
(холостого хода)
28

29.

Характеристики трансформатора
(короткого замыкания)
29

30.

Характеристики трансформатора
(внешняя)
30

31.

Раздел №2
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН
Основные понятия и классификация ЭМ
Основные законы электродинамики в
применении к ЭМ
Основные части конструкции ЭМ
Принцип действия ЭМ переменного тока
Основы построения обмоток переменного тока
ЭДС обмоток переменного тока
МДС обмоток переменного тока
31

32.

Основные понятия
Под электрической машиной обычно понимается вращающийся
электромагнитный механизм, совершающий
электромеханическое преобразование энергии
Электрическая машина, совершающее преобразование
механической энергии в электрическую энергию, называется
генератором
Электрическая машина, совершающее преобразование
электрической энергии в механическую энергию, называется
двигателем
32

33.

Основные понятия
Электромеханическое преобразование энергии в ЭМ в
подавляющем большинстве случаев основано на явлении
электромагнитной индукции. Такие ЭМ называются
индуктивными.
Наряду с индуктивными в некоторых специальных установках
применяются так называемые емкостные ЭМ, в которых
электромеханическое преобразование энергии основано на
явлении электростатической индукции.
В технике находят применение исключительно
индуктивные ЭМ в силу значительно большей
эффективности преобразования энергии. Это связано с
тем, что в магнитном поле можно достичь гораздо более
высокой концентрации энергии, чем в электрическом поле
33

34.

В зависимости от способа создания основного магнитного поля все
индуктивные ЭМ подразделяются на индукционные и кондукционные.
В индукционных ЭМ основное магнитное поле создается переменным
током (например, вращающееся магнитное поле).
В кондукционных ЭМ основное магнитное поле создается постоянным
током или постоянным магнитом
34

35.

Основные законы
электродинамики в применении
к электрическим машинам
Закон электромагнитной индукции
Закон электромагнитных сил
Закон полного тока
35

36.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Максвелла
(для контура)
При изменении магнитного потока Ф,
пронизывающего замкнутый проводящий контур (в
общем случае, при изменении потокосцепления с
контуром), в последнем наводится ЭДС, мгновенное
значение которой пропорционально скорости
изменения потокосцепления
36

37.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Максвелла (для контура)
Знак «–» отражает правило Ленца, согласно которому
ток, протекающий по контуру под действием этой ЭДС,
противодействует изменению потока, т.е. вызывает
поток, который препятствует изменению основного
потока
В электромеханике обычно в качестве контуров
используются катушки с w витками, которые
пронизываются одним и тем же магнитном потоком Ф.
37

38.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Максвелла (для контура)
ЭДС может возникнуть
(изменение
потокосцепления можно
добиться):
– либо путем изменения
во времени индукции ;
– либо путем вращения
контура за счет
изменения площади,
пронизываемой
постоянным магнитным
потоком
38

39.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Максвелла (для контура)
39

40.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Максвелла (для контура)
40

41.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Максвелла (для контура)
41

42.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Фарадея (для проводника)
42

43.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Фарадея (для проводника)
43

44.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Фарадея (для проводника)
В прямолинейном проводнике,
пересекающем однородное магнитное
поле, возникает ЭДС, мгновенное
значение которой пропорционально
магнитной индукции B, активной длине
проводника l и скорости движения
проводника относительно поля v
44

45.

Закон электромагнитной индукции.
Формулировка Фарадея (для проводника)
45

46.

Правило правой руки
Если ладонь правой руки
расположить в магнитном поле
так, чтобы линии поля входили в
ладонь, большой палец, отогнутый в
плоскости ладони на 900, указывал
бы направление движения
проводника, тогда остальные
пальцы руки, вытянутые в
плоскости ладони, покажут
направление индуцируемой ЭДС
46

47.

Закон электромагнитных сил (закон Ампера)
47

48.

Правило левой руки
Если ладонь левой руки
расположить в
магнитном поле так,
чтобы линии поля
входили в ладонь, а
вытянутые пальцы руки
указывали направление
тока, тогда большой
палец, отогнутый в
плоскости ладони на 900 ,
укажет направление
действия силы
48

49.

Закон полного тока
49

50.

Основные части конструкции
электрических машин
50

51.

Основные части конструкции
электрических машин
Конструктивно индуктор или якорь могут
располагаться как на статоре, так и на
роторе ЭМ.
Замечание. В синхронных машинах обычно
индуктор располагается на роторе, а якорь – на
статоре. В коллекторных ЭМ постоянного тока,
наоборот, обычно индуктор располагается на
статоре, а якорь – на роторе.
Для асинхронных машин принято непосредственно
использовать понятия статор и ротор. При этом
обмотку статора обычно называют первичной, а
обмотку ротора – вторичной
51

52.

Принцип действия электрических машин
переменного тока
52

53.

Принцип действия электрических машин
переменного тока
53

54.

Принцип действия синхронного
генератора
54

55.

Принцип действия синхронного
генератора
55

56.

Принцип действия синхронного
генератора
56

57.

Конструктивное исполнение синхронных
машин
57

58.

Принцип действия синхронного
генератора
При подключении к синхронному генератору
симметричной нагрузки по обмотке якоря будет
протекать трехфазный переменный ток, который
образует, как известно, вращающееся магнитное поле
(ВМП).
ВМП вращается в направлении вращения ротора с
частотой
58

59.

Элементы конструкции и принцип
действия асинхронной машины
Принцип действия
асинхронного
двигателя основан на
взаимодействии ВМП
статора с токами,
наводимыми
этим
полем в проводниках
обмотки ротора
59

60.

Принцип действия асинхронной машины
1. ВМП пересекает стержни ротора и наводит в
них ЭДС, направления которых определяются по
правилу правой руки.
2. Под действием этих ЭДС протекают токи в
стержнях. Активные составляющие этих токов
совпадают по фазе с ЭДС и поэтому направлены в
стержнях так же, как и ЭДС.
3. В результате взаимодействия активных
составляющих токов стержней короткозамкнутой
обмотки ротора с ВМП статора возникают
электромагнитные силы , благодаря которым
ротор начинает вращаться
60

61.

Принцип действия асинхронной машины
61

62.

Основы построения обмоток
переменного тока
Обмотка якоря машины переменного тока должна
выполнять две основные функции:
• индуктировать требуемую для работы
электрической машины ЭДС (в процессе
пересечения магнитным полем проводников
обмотки якоря в них наводятся ЭДС)
• возбуждать в воздушном зазоре ЭМ магнитное
поле (при протекании по обмоткам переменного
тока в них возникают МДС, благодаря чему
возбуждается магнитное поле)
62

63.

Основы построения обмоток
переменного тока
Простейшим элементом
обмотки является виток,
состоящий из двух
проводников, которые
размещены в пазах ЭМ.
В витке можно выделить
активные или пазовые
части, которые
укладываются в пазы и в
которых непосредственно
наводятся ЭДС, и лобовые
части, служащие для
соединения активных
проводников.
63

64.

Основы построения обмоток
переменного тока
Основным элементом обмотки переменного тока является
катушка, которая состоит из последовательно соединенных
витков, уложенных в одни и те же пазы
64

65.

Основы построения обмоток
переменного тока
65

66.

Основы построения обмоток
переменного тока
66

67.

Основы построения обмоток
переменного тока
Катушки укладываются в пазы якоря
(говорят: в пазы пакета стали якоря).
В зависимости от способа укладки
катушек в пазы якоря (говорят «в пазы
пакета стали якоря») различают:
однослойные обмотки;
двухслойные обмотки.
В однослойной обмотке в каждом пазу
расположена только одна катушечная
сторона (половина катушки).
В двухслойной обмотке в каждом пазу
укладывают две катушечные стороны,
принадлежащие одной и той же фазе
обмотки (при диаметральном шаге) или
разным фазам (при укороченном шаге).
67

68.

ЭДС обмоток переменного тока
68

69.

Раздел №3
АВИАЦИОННЫЕ АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
Авиационные АМ с короткозамкнутым
ротором. Общие сведения
Электромагнитный момент и механическая
характеристика АМ
Рабочие характеристики асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором
Однофазный АД
Конденсаторный АД
Двухфазные АД с полым ротором
Вращающиеся трансформаторы
69

70.

Раздел №4
АВИАЦИОННЫЕ СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
Реакция якоря синхронного генератора
Векторная диаграмма СГ
Характеристики трехфазных СГ при
симметричной нагрузке
СГ с возбуждением от постоянных магнитов
Авиационные трехкаскадые генераторы
переменного тока
Гистерезисный двигатель
70

71.

Раздел №5
АВИАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Принцип действия коллекторной ЭМПТ
Понятия об обмотках якоря ЭМПТ
ЭДС обмотки якоря
Электромагнитный момент МПТ
Уравнения напряжений и моментов
Реакция якоря в МПТ
Коммутация тока якоря
Условия самовозбуждения генераторов с параллельным
возбуждением
Характеристики генераторов постоянного тока с
независимым и параллельным возбуждением
Рабочие характеристики ДПТ
Бесконтактные ДПТ
71