1 СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Электрические машины Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц, 324 часа. Содержание разделов дисциплины 1. Теория электромеханического преобразования энергии 1) Введение. Программа курса и его связь с другими дисциплинами. Роль и место электромеханических преобразователей энергии в промышленности. 2) Основные понятия и определения, используемые в курсе. Электрическая машина как преобразователь энергии. Определение, назначение и классификации электрических машин. Физические и конструктивные элементы электромеханических преобразователей. Физические элементы электрических машин. Общие сведения о конструкции электрических машин. Конструкционные материалы для электромашиностроения. 4) Параметры электрических машин. Номинальные и каталожные данные электрических машин. Исполнение электрических машин. 5) Режимы работы электромеханических преобразователей. Генераторный, двигательный и тормозные режимы работы электрических машин и основные характеристики для этих режимов. Обратимость электрических машин. 6) Энергетический баланс электромеханических преобразователей. Потери энергии, энергетические диаграммы и КПД электрических машин. Уравнение теплового баланса электрической машины для простейшего случая. Нагрев и охлаждение электрических машин. Классификация режимов работы. 7) Общие вопросы регулирования частоты вращения электрических машин. Показатели качества регулирования. 8) Связь геометрических размеров и технико-экономических показателей электрической машины. 2. Машины постоянного тока 1) Общие вопросы теории машин постоянного тока. Принцип действия и особенности конструкции машин постоянного тока. Область применения. Магнитная цепь машины постоянного тока. Схемы возбуждения машин постоянного тока. Общие сведения о якорных обмотках. Рамка с током в постоянном магнитном поле; ЭДС якоря и электромагнитный момент машины постоянного тока. Генераторный, двигательный и тормозные режимы работы. Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке. Реакция якоря. Коммутация в машинах постоянного тока. 2) Генераторы постоянного тока. Общие сведения. Основные уравнения для генераторного режима. Генераторы независимого, параллельного и смешанного возбуждения. Характеристики генераторов постоянного тока: холостого хода, нагрузочная, внешняя, регулировочная. Самовозбуждение генераторов постоянного тока. 3) Двигатели постоянного тока. Общие сведения и особенности применения. Характеристики двигателей постоянного тока независимого, последовательного и смешанного возбуждения. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока. Рабочие характеристики. Режимы динамического, рекуперативного торможения, торможения противовключением и реверса. 4) Специальные и микромашины постоянного тока. Электромашинные усилители. особенности конструкции и основные характеристики исполнительных двигателей. Сварочные генераторы. Тахогенераторы постоянного тока. 3. Трансформаторы 1) Однофазные трансформаторы. Назначение, конструкция и принцип действия трансформаторов. Физические процессы в трансформаторах и основные уравнения: электрического состояния обмоток, ЭДС и МДС трансформатора. Процесс намагничивания магнитопровода. Режим холостого хода трансформатора: векторная диаграмма, потери. Режим короткого замыкания трансформатора, векторная диаграмма. Опыт короткого 2 замыкания, потери в меди трансформатора. Нагрузочный режим работы трансформатора: векторные диаграммы, внешние характеристики. Рабочие характеристики трансформатора. Приведенный трансформатор, схемы замещения трансформатора, расчет параметров. 2) Трехфазный трансформатор. Магнитная система трехфазного трансформатора. Схемы и группы соединения обмоток. Особенности процесса намагничивания. Параллельная работа трехфазных трансформаторов. Несимметричные режимы работы трехфазных трансформаторов: несимметрия питания, несимметрия нагрузки. Общие сведения о переходных процессах в трансформаторах. 3) Трансформаторы специальных типов. Автотрансформаторы, особенности конструкции и применения, основные уравнения, схема замещения. Многообмоточные трансформаторы. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Трансформаторы с расщепленной обмоткой. 4. Асинхронные машины 1) Общие вопросы теории вращающихся машин переменного тока. Устройство машин переменного тока. Вращающееся магнитное поле, круговое и эллиптическое. Статорные обмотки машин переменного тока. ЭДС обмотки статора. Понятие о высших гармонических составляющих ЭДС и МДС. 2) Асинхронные машины. Принцип действия и конструкция асинхронных машин. Короткозамкнутый виток во вращающемся магнитном поле. Неподвижная асинхронная машина. Частота вращения и скольжение. Уравнения асинхронной машины при вращающемся роторе. Приведенная асинхронная машина. Векторная диаграмма и схема замещения. Энергетические диаграммы асинхронной машины и КПД. Электромагнитный момент асинхронного двигателя. Механическая характеристика. Влияние вытеснения тока в роторе и насыщения стали на характеристики асинхронной машины, учет этих эффектов, аппроксимации механической и пусковой характеристик. Способы пуска асинхронных двигателей. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. Тормозные режимы работы. Работа асинхронного двигателя при несимметрии питания. Генераторный режим работы асинхронной машины. 3) Специальные типы асинхронных машин и микромашины. Однофазный асинхронный двигатель. Исполнительный асинхронный двигатель с полым ротором. Асинхронный тахогенератор. Вращающийся трансформатор. 5. Синхронные машины 1) Синхронные машины. Принцип действия и конструкция синхронных машин. Постоянный магнит и несимметричный ферромагнетик во вращающемся магнитном поле. Типы синхронных машин и область их применения. Возбуждение синхронных машин. Генераторный режим работы синхронных машин. Основные характеристики синхронных генераторов. Реакция якоря в синхронных генераторах. Векторные диаграммы. Параллельная работа синхронных генераторов. Двигательный режим работы синхронных машин. Область применения и эксплуатационные особенности синхронных двигателей. Пуск синхронных двигателей. Векторные диаграммы для двигательного режима. Электромагнитная мощность и электромагнитный момент. Угловые характеристики синхронных машин. Реактивный момент явнополюсных синхронных машин. U-образные характеристики синхронных двигателей. Граница устойчивости. Рабочие характеристики синхронных двигателей. 2) Специальные типы синхронных машин и микромашины. Синхронные компенсаторы. Реактивные и гистерезисные синхронные двигатели. Шаговые двигатели. Однофазные и трехфазные сельсины. 6. Вентильные двигатели 1) Конструкция и принцип действия вентильных двигателей. Вентильный двигатель как обращенная машина постоянного тока. Вентильный двигатель как специальный тип синхронных машин. Основные уравнения и характеристики. Системы управления и регулирования.