Подається будова і принцип роботи традиційних і деяких спеціальних електричних машин і трансформаторів. На базі комплексних рівнянь, заступних схем і векторних діаграм описується їх електромагнітний стан і режими роботи. Висвітлюються техніко-економічні характеристики і області використання. Викладені також основні питання узагальненої теорії електричних машин. Для студентів електромеханічних і електротехнічних спеціальностей вищих навчальних закладів. Зміст Передмова...............................................................................................................3 1. Загальні положення...........................................................................................7 1.1. Електроенергетика України...........................................................................7 1.2. Коротка історія розвитку електричних машин і електромашинобудування....8 1.3. Мета вивчення електричних машин...........................................................18 1.4. Матеріали, які застосовуються в електромашинобудуванні....................18 1.5. Електричні машини - перетворювачі енергії. Основні типи електричних машин......................................................................21 1.6. Основні зв'язки між техніко-економічними характеристиками електричних машин.....................................................................................................................23 1.7. Режими роботи електричних машин............................................................25 1.8. Фактори зовнішніх впливів.......................................................................... 29 1.9. Конструкційне виконання електричних машин за способом монтажу.....31 1.10. Виконання електричних машин за ступенем захисту від дії навколишнього середовища........................................................32 1.11. Охолодження електричних машин.............................................................35 2. Машини постійного струму.............................................................................40 2.1. Опис основних елементів машин постійного струму.................................40 2.2. Принцип роботи машини постійного струму............................................. 45 2.3. Якірні обмотки машин постійного струму..................................................47 2.3.1. Класифікація якірних обмоток та їх основні характеристики................47 2.3.2. Проста петльова обмотка...........................................................................50 2.3.3. Складна петльова обмотка.........................................................................53 2.3.4. Проста хвильова обмотка...........................................................................54 2.3.5. Складна хвильова обмотка........................................................................58 2.3.6. Умови симетрії обмоток............................................................................59 2.3.7. Практичне виконання обмоток.................................................................60 2.3.8. Вирівнювальні сполучення (вирівнювачі)...............................................61 2.3.9. Змішана (жаб'яча) обмотка........................................................................62 2.3.10. Основні галузі застосування обмоток різних типів..............................63 2.4. Магнітне коло машини постійного струму при неробочому ході і основи його розрахунку.............................................................................................................64 2.4.1. Магнітне коло машини постійного струму............................................64 2.4.2. Намагнічувальна сила повітряного проміжку..........................................66 2.4.3. Намагнічувальна сила зубців якоря........................................................68 2.4.4. Намагнічувальна сила осердя якоря..........................................................71 2.4.5. Намагнічувальна сила полюсів................................................................71 2.4.6. Намагнічувальна сила ярма......................................................................72 2.4.7. Крива намагнічування машини ...............................................................72 2.4.8. Числовий приклад на розрахунок МРС машини постійного струму......73 2.5. Реакція якоря в машині постійного струму................................................76 2.5.1. Магнітне поле в машині при навантаженні...............................................76 2.5.2. Реакція якоря в генераторі..........................................................................77 2.5.3. Реакція якоря в двигуні................................................................................81 2.5.4. Визначення розмагнічувальної сили поперечної реакції якоря...............81 2.5.5. Числовий приклад на розрахунок МРС якоря........................................83 2.6. Комутація струму..........................................................................................85 2.6.1. Значення і сутність комутаційного процесу.............................................85 2.6.2. Прямолінійна комутація...........................................................................86 2.6.3. Криволінійна комутація............................................................................87 2.6.4. Шкала іскріння.............................................................................................90 2.6.5. Визначення ЕРС самоіндукції..................................................................91 2.6.6. Визначення величини ЕРС індукції зовнішнього поля............................93 2.6.7. Основні способи поліпшення комутації..................................................93 2.6.8. Числовий приклад на розрахунки при комутації..................................100 2.7. Втрати і коефіцієнт віддачі машини постійного струму...........................101 2.7.1. Класифікація втрат...................................................................................101 2.7.2. Втрати в обмотках.......................................................................................101 2.7.3. Втрати в контакті щіток...........................................................................101 2.7.4. Втрати в сталі..............................................................................................102 2.7.5. Механічні втрати......................................................................................102 2.7.6. Втрати на вентиляцію..............................................................................103 2.7.7. Додаткові втрати........................................................................................104 2.7.8. Коефіцієнт віддачі......................................................................................104 2.7.9. Числовий приклад розрахунку коефіцієнта віддачі...............................105 2.8. Генератори постійного струму...................................................................107 2.8.1. Класифікація генераторів постійного струму за способом збудження...107 2.8.2. Номінальний режим і номінальні величини..........................................108 2.8.3. ЕРС обмотки якоря...................................................................................109 2.8.4. Енергетична діаграма і рівняння електричного стану генератора постійного струму.............................................................................................................110 2.8.5. Електромагнітний момент генератора.....................................................111 2.8.6. Рівняння механічного стану генератора при n = const..............................112 2.8.7. Характеристики генераторів.................................................................... 113 2.8.8. Генератор з незалежним збудженням.........................................................113 2.8.9. Генератор з паралельним збудженням. Умови самозбудження. Характеристики.......................................................................................................118 2.8.10. Генератор з послідовним збудженням......................................................121 2.8.11. Генератор зі змішаним збудженням.........................................................122 2.8.12. Паралельна робота генераторів постійного струму..............................124 2.9. Двигуни постійного струму............................................................................126 2.9.1. Принцип зворотності електричної машини.............................................126 2.9.2. Класифікація двигунів постійного струму.................................................127 2.9.3. Енергетична діаграма двигуна постійного струму.................................127 2.9.4. Рівняння механічного та електричного стану в двигуні...........................128 2.9.5. Характеристики двигунів постійного струму............................................129 2.9.6. Пуск у хід паралельного двигуна................................................................132 2.9.7. Робочі характеристики паралельного двигуна...........................................134 2.9.8. Механічні характеристики паралельного двигуна..................................136 2.9.9. Регулювання частоти обертання двигуна з паралельним збудженням.....137 2.9.10. Пуск у хід і робочі характеристики двигуна з послідовним збудженням......141 2.9.11. Регулювання частоти обертання двигуна з послідовним збудженням..........143 2.9.12. Двигун зі змішаним збудженням............................................................145 2.9.13. Робота електродвигунів у гальмівних режимах......................................147 2.10. Основні типи машин постійного струму і області їх застосування.........149 2.10.1. Загальна характеристика основних типів машин постійного струму…149 2.10.2. Зварювальні генератори з розщепленими полюсами...........................150 2.10.3. Автомобільний генератор..........................................................................151 2.10.4. Зварювальний генератор з поперечним полем......................................151 2.10.5. Електромашинний підсилювач з поперечним полем (амплідин)..........152 2.10.6. Уніполярна машина....................................................................................154 2.10.7. Магнітогідродинамічні машини постійного струму............................157 2.11. Питання для самоконтролю до розділу 2...................................................160 3. Трансформатори.................................................................................................163 3.1. Основні визначення. Принцип будови трансформатора............................163 3.1.1. Основні визначення..................................................................................163 3.1.2. Основні типи трансформаторів..................................................................164 3.1.3. Номінальні величини................................................................................164 3.1.4. Будова трансформаторів...........................................................................164 3.2. Принцип роботи і рівняння трансформатора зі сталевим осердям………171 3.3. Зведення обмоток трансформатора до однієї кількості витків.................. 175 3.4. Заступна схема трансформатора....................................................................177 3.5. Векторна діаграма трансформатора............................................................178 3.6. Неробочий хід трансформатора....................................................................181 3.7. Дослід короткого замикання трансформатора.............................................181 3.8. Зміна напруги трансформатора.....................................................................184 3.9. Коефіцієнт віддачі трансформатора...........................................................186 3.10. Трифазні трансформатори.........................................................................186 3.10.1. Схеми і групи сполучень двообмоткових трансформаторів.................187 3.10.2. Особливості неробочого ходу трифазних трансформаторів.................190 3.10.3. Паралельна робота трансформаторів......................................................192 3.11. Робота трифазних трансформаторів при несиметричному навантаженні....194 3.11.1. Заступні схеми та їхні параметри при несиметричних режимах...........194 3.11.2. Несиметричне навантаження трансформатора при незрівноваженій магнітній системі......................................................................................................................196 3.11.3. Несиметричне навантаження трансформатора при зрівноваженій магнітній системі........... 198 3.12. Числовий приклад для розрахунку складових напруги короткого замикання, зміни напруги і коефіцієнта віддачі....................................................................199 3.13. Перехідні процеси в трансформаторах...........................................................200 3.13.1. Вмикання трансформатора...........................................................................201 3.13.2. Перехідний процес у трансформаторі при короткому замиканні на затискачах вторинної обмотки.......................................................................................................204 3.14. Спеціальні трансформатори..............................................................................206 3.14.1. Автотрансформатори......................................................................................206 3.14.2. Триобмоткові трансформатори..................................................................208 3.14.3. Трансформатори для випрямлячів.............................................................. 211 3.14.4. Інші типи трансформаторів........................................................................ 213 3.15. Питання для самоконтролю до розділу......................................................... 214 4. Загальні питання машин змінного струму........................................................ 216 4.1. Класифікація і загальна характеристика машин змінного струму................. 216 4.2. Основні елементи конструкції і принцип дії машин змінного струму............216 4.3. Якірні обмотки машин змінного струму......................................................... 219 4.3.1. Загальна характеристика якірних обмоток.................................................. 219 4.3.2. Класифікація обмоток.................................................................................... 220 4.3.3. Принцип складання схеми обмотки............................................................ 222 4.3.4. Одношарові обмотки..................................................................................... 223 4.3.5. Двошарові петльові обмотки з цілою кількістю пазів на полюс і фазу...... 226 4.3.6. Двошарові хвильові обмотки з цілою кількістю пазів на полюс і фазу...... 228 4.3.7. Двошарові петльові обмотки з дробовою кількістю пазів на полюс і фазу....229 4.3.8. Двошарові хвильові обмотки з дробовою кількістю пазів на полюс і фазу....230 4.4. Електрорушійна сила якірних обмоток.......................................................... 230 4.5. ЕРС гармонік зубцевого порядку................................................................. 236 4.6. Магніторушійна сила якірних обмоток........................................................ 239 4.6.1. МРС котушки з повним кроком................................................................ 239 4.6.2. МРС розподіленої однофазної обмотки з укороченим кроком.............. 240 4.6.3. Магніторушійна сила трифазної обмотки................................................. 241 4.6.4. Властивості третьої гармоніки результативної МРС трифазної машини……243 4.7. Приклад для розрахунку ЕРС обмотки статора машини змінного струму....... 243 4.8. Питання для самоконтролю до розділу 4..................................................... 245 5. Асинхронні машини............................................................................................ 246 5.1. Основні типи асинхронних машин................................................................ 246 5.2. Принцип дії трифазної асинхронної машини і режими її роботи................. 247 5.3. Основні елементи конструкції трифазного асинхронного двигуна.............. 248 5.4. Явища в асинхронному двигуні з обертовим ротором при навантаженні.......252 5.5. Основні рівняння асинхронного двигуна....................................................... 253 5.6. Енергетична діаграма асинхронного двигуна............................................... 255 5.7. Зведення обмотки ротора асинхронної машини до обмотки її статора.........256 5.8. Рівняння зведеного асинхронного двигуна................................................... 257 5.9. Заступна схема асинхронного двигуна.......................................................... 258 5.10. Векторна діаграма асинхронного двигуна.................................................... 259 5.11. Неробочий хід асинхронного двигуна........................................................... 259 5.12. Коротке замикання асинхронного двигуна................................................. 261 5.13. Обертовий момент асинхронного двигуна................................................ 262 5.14. Розрахункова формула обертового момента............................................. 265 5.15. Практична формула обертового момента (формула Клоса) …………... 266 5.16. Вплив вищих гармонік на обертовий момент........................................... 266 5.17. Робочі характеристики асинхронного двигуна......................................... 267 5.18. Колова діаграма асинхронного двигуна.................................................... 270 5.18.1. Числовий приклад побудови колової діаграми...................................... 275 5.19. Пуск асинхронних двигунів........................................................................ 277 5.19.1. Пряме вмикання двигуна в мережу при U = Uн...................................... 277 5.19.2. Вмикання двигуна в мережу при U n< U н шляхом перемикання під час пуску із зірки у трикутник.................................................................................................... 278 5.19.3. Пуск за допомогою реактора..................................................................... 279 5.19.4. Пуск за допомогою автотрансформатора................................................. 280 5.19.5. Пуск двигуна з фазним ротором................................................................. 281 5.20. Асинхронні двигуни з покращеними пусковими характеристиками......... 282 5.20.1. Двоклітковий двигун.................................................................................... 283 5.20.2. Двигун з глибоким пазом (глибокопазний)................................................ 284 5.21. Регулювання частоти обертання асинхронних двигунів............................. 286 5.21.1. Регулювання частоти обертання зміною ковзання.................................... 287 5.21.2. Каскадні схеми регулювання частоти обертання....................................... 289 5.21.3. Регулювання частоти обертання зміною кількості пар полюсів двигуна....291 5.21.4. Регулювання частоти обертання зміною частоти напруги живлення..........294 5.21.5. Регулювання частоти обертання введенням додаткової ЕРС у коло ротора...297 5.22. Спеціальні режими роботи асинхронної машини і спеціальні її типи............297 5.22.1. Робота асинхронної машини в режимі генератора..................................... 297 5.22.2. Робота асинхронної машини в гальмівних режимах................................. 299 5.2