Кацман М. М.
Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации
Библиотека
СЕВМАШВТУЗА
Допущено Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебного пособия
для студентов образовательных учреждений
среднего профессионального образования
Москва
2006
Рецензенты: проф. С.Н. Стоменский (кафедра вычислительной техники Чувашского государственного университета); С. Ц. Малиновская (Московский радиотехнический колледж).
Кацман М. М. Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / Марк Михайлович Кацман. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 368 с.
В учебном пособии рассмотрены принцип работы, устройство, основы теории, характеристики различных видов силовых электрических машин и трансформаторов малой мощности (микромашин), исполнительных двигателей, информационных электрических машин, получивших наибольшее применение в приборных устройствах и средствах автоматизации в общепромышленных и специальных областях техники.
Для студентов образовательных учреждении среднего профессионвльного образования, обучающихся по специальностям «Приборостроение» и «Автоматизация и управление».
Будет полезно студентам высших учебных заведений и специалистам, занимающимся вопросами приборостроения и автоматизации производственных процессов.
Редактор Т. Ф. Мельникова
Технический редактор Н. И. Горбачева
Компьютерная верстка: Д. В. Федотов
Корректоры В. А. Жилкина, Г. Н. Петрова
© Кацман М.М., 2006
© Образовательно-издательский центр «Академия», 2006
© Оформление. Издательский центр «Академия», 2006
Содержание книги
Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации
Предисловие
Введение
B.I. Назначение электрических машин и трансформаторов
В.2. Классификация электрических машин
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ТРАНСФОРМАТОРЫ И СИЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
РАЗДЕЛ 1 ТРАНСФОРМАТОРЫ
Глава 1. Силовые трансформаторы
1.1. Назначение и принцип действия силового трансформатора 9
1.2. Устройство трансформаторов 12
1.3. Основные зависимости и соотношения в трансформаторах 14
1.4. Потери и КПД трансформатора 16
1.5. Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформаторов
1.6. Изменение вторичного напряжения трансформатора 20
1.7. Трехфазные и многообмоточные трансформаторы 21
1.8. Трансформаторы для выпрямительных устройств 24
1.9. Автотрансформаторы
Глава 2. Трансформаторные устройства со специальными свойствами
2.1. Пик-трансформаторы 31
2.2. Импульсные трансформаторы 33
2.3. Умножители частоты 35
2.4. Стабилизаторы напряжения 39
2.5. Измерительные трансформаторы напряжения и тока
РАЗДЕЛ II СИЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Глава 3. Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором
3.1. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя
3.2. Устройство трехфазных асинхронных двигателей
3.3. Основы теории трехфазного асинхронного двигателя
3.4. Потери и коэффициент полезного действия асинхронного двигателя
3.5. Электромагнитный момент асинхронного двигателя
3.6. Влияние напряжения сети и активного сопротивления обмотки ротора на механическую характеристику
3.7. Рабочие характеристики трехфазных асинхронных двигателей
3.8. Пусковые свойства трехфазных асинхронных двигателей
3.9. Регулирование частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей
3.9.1. Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора
3.9.2. Регулирование частоты вращения изменением частоты питающего напряжения
3.9.3. Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения
3.9.4. Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора
3.9.5. Импульсное регулирование частоты вращения
3.10. Линейные асинхронные двигатели
3.11. Управление пуском трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором посредством нереверсивного контактора
Глава 4. Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
4.1. Принцип действия однофазного асинхронного двигателя
4.2. Механические характеристики однофазного асинхронного двигателя
4.3. Пуск однофазного асинхронного двигателя
4.4. Конденсаторные асинхронные двигатели
4.5. Включение трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть
4.6. Однофазные асинхронные двигатели с экранированными полюсами
4.7. Асинхронные машины с заторможенным фазным ротором
Глава 5. Синхронные машины
5.1. Обшие сведения о синхронных машинах
5.2. Синхронные генераторы
5.2.1. Принцип действия синхронного генератора
5.2.2. Реакция якоря в синхронном генераторе
5.2.3. Уравнения напряжений синхронного генератора
5.2.4. Характеристики синхронного генератора
5.2.5. Синхронные генераторы, возбуждаемые постоянными магнитами
5.3. Синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением
5.3.1. Принцип действия и устройство синхронного однополюсного двигателя с электромагнитным возбуждением
5.3.2. Пуск синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением
5.3.3. Потери, КПД и электромагнитный момент синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением
5.4. Синхронные двигатели с постоянными магнитами
5.5. Тихоходные многополюсные синхронные двигатели
5.5.1. Тихоходные однофазные синхронные двигатели типов ДСО32 и ДСОР32
5.5.2. Тихоходные конденсаторные синхронные двигатели типов ДСК и ДСРК
5.6. Синхронные реактивные двигатели
5.7. Синхронные гистерезисные двигатели
5.8. Реактивно-гистерезисные двигатели с экранированными полюсами
5.9. Индукторные синхронные машины
5.9.1. Индукторные синхронные генераторы
5.9.2. Индукторные синхронные двигатели
5.10. Синхронные двигатели с электромеханической редукцией скорости
5.10.1. Синхронные двигатели с катящимся ротором (ДКР)
5.10.2. Волновые синхронные двигатели
Глава 6. Коллекторные машины
6.1. Принцип действия коллекторных машин постоянного тока
6.2. Устройство коллекторной машины постоянного тока
6.3. Электродвижущая сила и электромагнитный момент коллекторной машины постоянного тока
6.4. Магнитное поле машины постоянного тока. Реакция якоря
6.5. Коммутация в коллекторных машинах постоянного тока
6.6. Способы улучшения коммутации и подавления помех радиоприему
6.7. Потери и КПД коллекторных машин постоянного тока
6.8. Коллекторные двигатели постоянного тока
6.8.1. Основные зависимости и соотношения
6.8.2. Двигатели независимого и параллельного возбуждения
6.8.3. Регулирование частоты вращения двигателей независимого и параллельного возбуждения
6.8.4. Двигатели последовательного возбуждения
6.9. Универсальные коллекторные двигатели
6.10. Стабилизация частоты вращения двигателей постоянного тока
6.11. Генераторы постоянного тока
6.11.1. Генератор независимого возбуждения
6.11.2. Генератор параллельного возбуждения
Глава 7. Электрические машины специальных конструкций и свойств
7.1. Гироскопические двигатели
7.1.1. Назначение и особые свойства гироскопических двигателей
7.1.2. Конструкция гироскопических двигателей
7.2. Электромашинные преобразователи
7.2.1. Электромашинные преобразователи двигатель-генераторного типа
7.2.2. Одноякорные преобразователи
7.3. Электромашинные усилители мощности
7.3.1. Основные понятия
7.3.2. Электромашинные усилители поперечного поля
Глава 8. Вентильные двигатели постоянного тока
8.1. Основные понятия
8.2. Процесс работы вентильного двигателя
8.3. Вентильный двигатель постоянного тока малой мощности
Глава 9. Исполнительные двигатели постоянного тока
9.1. Требования к исполнительным двигателям и схемы управления исполнительными двигателями постоянного тока
9.2. Якорное управление исполнительными двигателями постоянного тока
9.3. Полюсное управление исполнительными двигателями постоянного тока
9.4. Электромеханическая постоянная времени исполнительных двигателей постоянного тока
9.5. Импульсное управление исполнительным двигателем постоянного тока
9.6. Конструкции исполнительных двигателей постоянного тока
9.6.1. Исполнительный двигатель постоянного тока с полым якорем
9.6.2. Двигатели постоянного тока с печатными обмотками якоря
9.6.3. Двигатель постоянного тока с гладким (беспазовым) якорем
Глава 10. Асинхронные исполнительные двигатели
10.1. Способы управления асинхронными исполнительными двигателями
10.2. Самоход в исполнительных асинхронных двигателях и пути его устранения
10.3. Устройство исполнительного асинхронного двигателя с полым немагнитным ротором
10.4. Характеристики исполнительного асинхронного двигателя с полым немагнитным ротором
10.5. Исполнительный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
10.6. Исполнительный асинхронный двигатель с полым ферромагнитным ротором
10.7. Электромеханическая постоянная времени исполнительных асинхронных двигателей
10.8. Моментные исполнительные двигатели
Глава 11. Исполнительные шаговые двигатели
11.1. Основные понятия
11.2. Шаговые двигатели с пассивным ротором
11.3. Шаговые двигатели с активным ротором
11.4. Индукторные шаговые двигатели
11.5. Основные параметры и режимы работы шаговых двигателей
Глава 12. Примеры применения исполнительных двигателей
12.1. Примеры применения исполнительных асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока
12.2. Пример применения исполнительного шагового двигателя
12.3. Электродвигатели для привода считывающих устройств
12.3.1. Лентопротяжные механизмы
12.3.2. Электропривод устройств для считывания информации с оптических дисков
РАЗДЕЛ IV ИНФОРМАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Глава 13. Тахогенераторы
13.1. Назначение тахогенераторов и предъявляемые к ним требования
13.2. Тахогенераторы переменного тока
13.3. Тахогенераторы постоянного тока
13.4. Примеры применения тахогенераторов в устройствах промышленной автоматики
13.4.1. Применение тахогенераторов в качестве датчиков частоты вращения
13.4.2. Применение тахогенератора в качестве расходомера
13.4.3. Применение тахогенератора в электроприводе с отрицательной обратной связью по скорости
Глава 14. Электрические машины синхронной связи
14.1. Основные понятия
14.2. Индикаторная система дистанционной передачи угла
14.3. Синхронизирующие моменты сельсинов в индикаторной системе
14.4. Трансформаторная система дистанционной передачи угла
14.5. Конструкция сельсинов
14.6. Дифференциальный сельсин
14.7. Магнесины
14.8. Примеры применения сельсинов в устройствах промышленной автоматики
14 8 1 Регистрация величины подачи инструмента в буровых установках
14.8.2. Регулирование соотношения «топливо — воздух» в металлургической печи
Глава 15. Вращающиеся трансформаторы
15.1. Назначение и устройство вращающихся трансформаторов
15.2. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор
15.2.1. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор в синусном режиме
15.2.2. Синусно-косинусный врашаюшийся трансформатор в синусно-косинусном режиме
15.2.3. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор в режиме масштабирования
15.2.4. Синусно-косинусный врашаюшийся трансформатор в режиме фазовращателя
15.3. Линейный врашаюшийся трансформатор
15.4. Трансформаторная система дистанционной передачи угла на вращающихся трансформаторах
Список литературы
Предметный указатель
Предисловие
В условиях роста технического уровня производств и внедрения комплексной автоматизации технологических процессов особую актуальность приобретают вопросы качественной подготовки специалистов, непосредственно занятых в сфере эксплуатации и проектирования систем автоматики. В обширном комплексе приборных устройств и автоматики ведущее место занимают электрические машины и трансформаторы малой мощности (микромашины).
В книге изложены принцип действия, устройство, особенности эксплуатации и конструкции электрических машин и трансформаторов малой мощности, получивших широкое применение для привода механизмов и устройств, используемых в приборных устройствах и средствах автоматизации. Рассмотрены электромашинные элементы, составляющие основу современных автоматических систем: исполнительные двигатели постоянного и переменного тока, электромашинные усилители, вращающиеся преобразователи, шаговые двигатели, информационные электрические машины (тахогенераторы, сельсины, магнесины, вращающиеся трансформаторы), электродвигатели гироскопических устройств.
Цель данной книги — научить будущего специалиста обоснованно и правильно применять силовые электродвигатели и электромашинные элементы автоматики в приборных устройствах и средствах автоматизации.
Учитывая специфику обучения студентов в техникумах и колледжах, автор при изложении материала книги уделил особое внимание рассмотрению физической сущности явлений и процессов, поясняющих работу рассматриваемых устройств. Принятая в книге методика изложения курса основана на многолетнем опыте преподавания в образовательных учреждениях среднего профессионального образования.
ВВЕДЕНИЕ
В.1. Назначение электрических машин и трансформаторов
Технический уровень любого современного производственного предприятия оценивается в первую очередь состоянием автоматизации и комплексной механизации основных технологических процессов. При этом все большее значение приобретает автоматизация не только физического, но и умственного труда.
Автоматизированные системы включают большое разнообразие элементов, отличающихся не только функциональным назначением, но принципом действия. Среди множества элементов, составляющих автоматизированные комплексы, определенное место занимают электромашинные элементы. Принцип работы и конструкция этих элементов либо практически не отличаются от электрических машин (являются электродвигателями или электрогенераторами), либо весьма близки к ним по конструкции и протекающим в них электромагнитным процессам.
Электрическая машина — это электрическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование электрической и механической энергий.
Если проводник перемещать в магнитном поле так. чтобы он пересекал магнитные силовые линии, то в этом проводнике будет индуцироваться электродвижущая сила (ЭДС). Любая электрическая машина состоит из неподвижной части и подвижной (вращающейся). Одна из этих частей (индуктор) создает магнитное поле, а другая имеет рабочую обмотку, представляющую собой систему проводников. Если к электрической машине подвести механическую энергию, т.е. вращать ее подвижную часть, то в соответствии с законом электромагнитной индукции в ее рабочей обмотке будет индуцироваться ЭДС. Если же к выводам этой обмотки подключить какой-либо потребитель электрической энергии, то в цепи возникнет электрический ток. Таким образом, в результате происходящих в машине процессов механическая энергия вращения будет преобразовываться в электрическую энергию. Электрические машины, осуществляющие такое преобразование, называют электрическими генераторами. Электрические генераторы составляют основу электроэнергетики — их применяют на электростанциях, где они преобразуют механическую энергию турбин в электрическую.
Если в магнитное поле перпендикулярно магнитным силовым линиям поместить проводник и пропустить по нему электрический ток, то в результате взаимодействия этого тока с магнитным толем на проводник будет действовать механическая сила. Поэтому если рабочую обмотку электрической машины подключить к Щеточнику электрической энергии, то в ней появится ток, а так эта обмотка находится в магнитном поле индуктора, то на ее 1роводники будут действовать механические силы. Под действием этих сил подвижная часть электрической машины начнет вращаться. [При этом электрическая энергия будет преобразовываться в механическую. Электрические машины, осуществляющие такое преобразование, называют электрическими двигателями. Электродвигатели широко используются в электроприводе станков, подъемных кранов, транспортных средств, бытовых приборов и т.д.
Электрические машины обладают свойством обратимости, т.е. эбая электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и двигателя. Все зависит от вида подводимой к машине энергии. Однако обычно каждая электрическая машина имеет конкретное назначение: либо она генератор, либо двигатель.
Основой для создания электрических машин и трансформаторов был открытый М.Фарадеем закон электромагнитной индукции. Начало практического применения электрических машин было [положено академиком Б.С.Якоби, который в 1834 г. создан конструкцию электрической машины, явившуюся прототипом современного коллекторного электродвигателя.
Широкому применению электрических машин в промышленном электроприводе способствовало изобретение русским инженером М.О.Доливо-Доброволъским (1889) трехфазного асинхронного двигателя, отличавшегося от применявшихся в то время коллекторных электродвигателей постоянного тока простотой конструкции и высокой надежностью.
К началу XX в. было создано большинство видов электрических машин, применяемых и в настоящее время.
Скачать учебник Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации. Москва, Издательский центр «Академия», 2006
|
