Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

,-'1

! %' ■* ,.ч, ' ; f

у %

5 .•

v5$s\

{

Л. М. ПИОТРОВСКИИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Издание седьмое, стереотипное под редакцией А. Р. ДЕРО

Допущено Министерством энергетики и электрификации СССР

в качестве учебника для учащихся энергетических техникумов

« Э Н Е Р Г И Я »

Ленинградское отделі

1974

В трансформаторе магнитный поток переменный, направленный по оси обмотки, и при объяснении характеристик трансформатора необходимо учитывать индуктивное сопротивление обмоток, вызван­ ное изменяющимся во времени магнитным потоком.

Материал третьего раздела дает возможность показать общие зако­ номерности образования электродвижущих и намагничивающих сил в асинхронных и синхронных машинах.

Изучение асинхронных машин вслед за трансформаторами облег­ чает применение схем замещения и векторных диаграмм, а также позволяет рассмотреть электромеханические переходные процессы синхронных машин на основе характеристик асинхронного момента.

Большая часть книги содержит описание установившихся про­ цессов преобразования энергии в электрических машинах и трансфор­ маторах, в отдельных случаях рассмотрены характерные электри­ ческие, электромеханические и тепловые переходные процессы.

Рабочие процессы в электрических машинах изложены приме­ нительно к наиболее распространенным в промышленности генера­ торам и двигателям общего применения, а в трансформаторах — применительно к двухобмоточным трансформаторам энергосистем. Широкое распространение электрических машин и трансформаторов в других областях техники, в частности в качестве элементов автома­ тических систем, привело к необходимости рассмотреть также уст­ ройство и характеристики специальных электрических машин на базе общей теории электрических машин соответствующей категории.

Развитие теории электрических машин и их широкое распростра­ нение во всех областях народного хозяйства за время после выхода в свет пятого издания вызвало необходимость в значительной мере обновить материал учебника. Работа по подготовке шестого издания выполнена учеником профессора Л. М. Пиотровского инженером А. Р. Деро. Для этого издания были вновь написаны «Введение» и два раздела книги: раздел первый «Машины постоянного тока» и раздел третий «Общие положения теории машин переменного тока». Подверг­ лись также значительной переработке и по-новому изложены некото­ рые главы других разделов: глава десятая «Принцип работы и глав­ ные конструктивные элементы трансформатора», глава тринадцатая «Короткое замыкание трансформатора», глава четырнадцатая «Ра­ бота трансформатора под нагрузкой», глава тридцатая «Особые ре­ жимы работы асинхронной машины», глава тридцать третья «Основ­ ные сведения о синхронных машинах», глава сороковая «Нагревание

иохлаждение электрических машин и трансформаторов». Рисунки

ибуквенные обозначения основных параметров и размеров приведены в соответствие с действующими стандартами и нормалями.

Для удобства пользования учебником материал, который дюжет быть опущен при изучении основных закономерностей работы элект­ рических машин и трансформаторов, набран мелким шрифтом.

Все замечания и пожелания по книге издательство придіет с бла­ годарностью и просит направлять их по адресу: 192041, Ленинград,

Марсово поле, д, 1, Ленинградское отделение издательства «Энергия».

ВВЕДЕНИЕ

В-1. Электрическая машина и ее роль в народном хозяйстве

Производство и потребление электрической энергии непрерывно возрастает. В 1970 г. производство электрической энергии в СССР

составило 740 млрд, квт-ч и мощность электростанций достигла 166 млн. кет. Согласно директивам XXIV съезда КПСС, к концу девятой пятилетки необходимо довести производство электрической энергии до 1030—1070 млрд, квт-ч и ввести в действие на электро­ станциях мощности в размере 65—67 млн. кет, главным образом за счет строительства тепловых электростанций с установкой на них крупных энергетических блоков. Продолжать работы но созданию Единой энергетической системы страны, дальних линий электропере­ дачи переменного тока напряжением 750—1150 тыс. в и постоянного тока напряжением 1500 тыс. в.

Электрическая энергия обладает большим преимуществом по срав­ нению с другими видами энергии: ее можно передавать на большие расстояния, удобно распределять между потребителями, сравнительно просто и с высоким к. п. д. преобразовывать в другие виды энергии. Процессом преобразования электрической энергии легко управлять и при этом автоматически получать необходимые характеристики пре­ образованной энергии.

В происходящем научно-техническом прогрессе важная роль при­ надлежит электрификации промышленности, транспорта, сельского хозяйства и быта. Развитие электрификации требует широкого при­ менения и совершенствования разнообразного электротехнического оборудования. Одним из основных видов этого оборудования явля­ ются электрические машины.

Преобразование механической энергии в электрическую в настоя­ щее время осуществляется с помощью электрических генераторов. Генераторы приводятся во вращение приводными двигателями, такими, как паровые, гидравлические и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания и др. Как правило, электростанции удалены от места потребления электрической энергии на значительное расстоя­ ние и связываются с потребителями и между собой линиями передачи высокого напряжения 500—-800 кв. Напряжение генераторов обыч­

5

но не превышает 15—20 кв. Поэтому между генераторами и линией передачи устанавливаются преобразователи электрической энергии переменного тока — трансформаторы. После передачи электриче­ ской энергии в район потребления производится распределение ее при напряжении 6000, 3000, 500, 380 и 220 в. Понижение напряже­ ния (чаще всего в несколько ступеней) производится также с помощью трансформаторов.

Трансформатор является электромагнитным аппаратом, не имею­ щим вращающихся частей. Преобразование энергии в трансформато­ рах и во вращающихся машинах происходит по одним и тем же зако­ нам электротехники, поэтому рабочие процессы в тех и других имеют много общего и изучение их производится в общем курсе электриче­ ских машин и трансформаторов.

Около 70% всей электрической энергии на месте потребления пре­ образуется в механическую энергию с помощью электродвигателей, предназначенных для электропривода различных машин и механиз­ мов. Практическая возможность и технико-экономическая целесооб­ разность изготовления электродвигателей небольшой мощности позво­ лила создать одиночный электропривод, при котором значительно облегчается подвод механической энергии к станкам, особенно при большой площади цеха. Одним из современных способов подвода механической энергии является многодвигательный привод, когда ряд звеньев сложной машины приводится в движение отдельными электродвигателями. В некоторых случаях рабочее звено и электро­ двигатель объединяются таким образом, что промежуточное звено (передача) исключается, а вращающаяся часть машины является продолжением ротора электродвигателя.

Применение электрических машин и трансформаторов в народном хозяйстве не ограничивается перечисленными областями производ­ ства электрической энергии, передачи ее и преобразования в меха­ ническую. В автоматическом управлении и регулировании электри­ ческие машины часто используются для получения информации о состоянии системы или для преобразования сигнала управления. В качестве элементов схем автоматики применяются специальные электрические машины: усилители — для усиления электрического сигнала, тахогенераторы — для получения электрической информа­ ции о скорости вращения вала, вращающиеся трансформаторы — для получения электрического сигнала, пропорционального углу пово­ рота вала или тригонометрической функции этого -угла, сельсины — для согласованного поворота (вращения) двух или нескольких валов, управляемые двигатели — для преобразования электрического сиг­ нала в механическую энергию, шаговые двигатели — для преобра­ зования сигнала в поворот вала на фиксированный угол.

В-2. Основные этапы развития электромашиностроения

Одним из законов, лежащих в основе работы электрических машин и трансформаторов, является закон электромагнитной индукции, отк­ рытый М. Фарадеем в 1831 г. Вслед за этим открытием, уже в 1832 г.,

6