Кацмап 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.

Кацмап 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.

Пароль к архиву:bamper.info
Прямая ссылка:Скачать

В учебном пособим 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 профессиональною образования, обучающихся по специальностям «Приборостроение» и "Автоматизация и управление".
Будет полезно студентам высших учебных заведений и специалистам, занимающимся вопросами приборостроения и автоматизации производственных процессов.
 
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 I 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 потреботель электрической энергии, то в цепи возникнет электрический ток. Таким образом, в результате происходящих в машине процессов механическая энергия вращения оудет 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 полем на проводник будет действовать механическая сила. Поэтому если рабочую обмотку электрической машины подключить к источнику электрической энергии, то в ней появится ток, а так как эта обмотка находится в магнитном поле индуктора, то на ее проводники будут действовать механические силы. Под действием этих сил подвижная часть электрической машины натает вращаться. При этом электрическая энергия будет преобразовываться в механическую. Электрические машины, осуществляющие такое преобразование, называют электрическими делателями. Электродвигатели широко используются в электроприводе станков, подъемных кранов, транспортных средств, бытовых приборов и т.д.
Электрические машины обладают свойством обратимости, т.е. любая 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-Добровольским (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.
В.2. Классификация электрических машин
Разделение электрических машин на генераторы и двигатели является принципиальным, так как это определяет направление преобразования энергий. Однако применение электрических машин более разнообразно, поскольку их использование возможно не только в качестве генераторов и двигателей, но и в качестве преобразователей, усилителей, компенсаторов, информационных датчиков и т.д. Однако целесообразно классифицировать электрические машины не по назначению, а по принципу действия, тем более что именно такое разделение электрических машин положено в основу их изучения. Принцип действия электрической машины определяет ее устройство, поэтому классификация электрических машин по принципу действия является к тому же и их разделением по конструктивному исполнению.
В соответствии с этой классификацией электрические машины подразделяют на коллекторные и бесколлекторные (синхронные и асинхронные), кроме того их разделяют на однофазные, трехфазные с обмоткой возбуждения и с постоянными магнитами и т.д.
На рис. B.I представлена диаграмма классификации электрических машин по принципу действия.
Помимо электрических машин в учебном пособии рассматриваются трансформаторы, которые хотя и не являются электрическими машинами, но совместно с ними широко применяются в электрических установках. Отсутствие в трансформаторе вращающихся частей придает ему конструктивную форму, отличающую его от электрической машины. Однако процессы работы трансформаторов и электрических машин имеют много общего, поскольку в основе их работы заложены единые законы электромагнитных процессов.
Основное назначение трансформаторов — преобразование напряжения переменного тока при неизменной его частоте.
Но применение трансформаторов в приборостроении и автоматике более разнообразно за счет специальных трансформаторных устройств: стабилизаторов, умножителей частоты, преобразователей числа фаз переменного тока, преобразователей формы графиков ЭДС и токов (импульсные трансформаторы, пик-трансформаторы) и т. п.
Электрические машины, применяемые в приборных устройствах и автоматике, в связи с их большим разнообразием принято разделять на две группы: силовые электродвигатели и электромашин-ные элементы автоматики.
Силовые электродвигатели осуществляют привод механизма либо рабочего органа, составляющего часть какой-либо системы. При этом имеются в виду электродвигатели сравнительно небольшой мощности (обычно мощностью не более 1 кВт), изготовляемые сериями. По принципу действия эти электродвигатели разделяют на асинхронные, синхронные, коллекторные (рис. В.1).
 
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.............3
Введение...................4
B.I. Назначение электрических машин и трансформаторов...............4
В.2. Классификация электрических машин..............5
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ТРАНСФОРМАТОРЫ И СИЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
РАЗДЕЛ 1 ТРАНСФОРМАТОРЫ
Глава I. Силовые трансформаторы..9
1.1. Назначение и принцип действия силового трансформатора.......9
1.2. Устройство трансформаторов12
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................18
1.6. Изменение вторичного напряжения трансформатора................20
1.7. Трехфазные и многообмоточные трансформаторы.....................21
1.8. Трансформаторы для выпрямительных устройств.......................24
1.9. Автотрансформаторы..............27
Глава 2. Трансформаторные устройства со специальными свойствами 31
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................41
РАЗДЕЛ II СИЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Глава 3. Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором...46
3.1. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя..........46
3.2. Устройство трехфазных асинхронных двигателей........................49
3.3. Основы теории трехфазного асинхронного двигателя................53
3.4. Потери и коэффициент полезного действия асинхронного двигателя.....56
3.5. Электромагнитный момент асинхронного двигателя..................58
3.6. Влияние напряжения сети и активного сопротивления обмотки ротора на механическую характеристику....61
3.7. Рабочие характеристики трехфазных асинхронных двигателей ...63
3.8. Пусковые свойства трехфазных асинхронных двигателей..........65
3.9. Регулирование частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей...65
3.9. L Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора.............66
3.9.2. Регулирование частоты вращения изменением частоты питающего напряжения...........................66
3.9.3. Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения..........68
3.9.4. Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора.........................70
3.9.5. Импульсное регулирование частоты вращения.................71
3.10. Линейные асинхронные двигатели................73
3.11. Управление пуском трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором посредством нереверсивного контактора.76
Глава 4. Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели.........79
4.1. Принцип действия однофазного асинхронного двигателя.........79
4.2. Механические характеристики однофазного асинхронного двигателя.....
4.3. Пуск однофазного асинхронного двигателя.....84
4.4. Конденсаторные асинхронные двигатели........88
4.5. Включение трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть.......93
4.6. Однофазные асинхронные двигатели с экранированными полюсами .........95
4.7. Асинхронные машины с заторможенным фазным ротором......99
Глава 5- Синхронные машины.......101
5.1. Общие сведения о синхронных машинах.......101
5.2. Синхронные генераторы......104
5.2.1. Принцип действия синхронного генератора....................104
5.2.2. Реакция якоря в синхронном генераторе.........................106
5.2.3. Уравнения напряжений синхронного генератора............109
5.2.4. Характеристики синхронного генератора.........................110
5.2.5. Синхронные генераторы, возбуждаемые постоянными магнитами....................112
5.3. Синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением ... 115
5.3.1. Принцип действия и устройство синхронного явнополюсного двигатепя с электромагнитным возбуждением.......115
5.3.2. Пуск синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением ...................117
5.3.3. Потери, КПД и электромагнитный момент синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением...........119
5.4. Синхронные двигатеди с постоянными магнитами..................123
5.5. Тихоходные многополюсные синхронные двигатели ...............126
5.5.1. Тихоходные однофазные синхронные двигатели типов ДС032и ДСОР32.......126
5.5.2. Тихоходные конденсаторные синхронные двигатели типов ДСКи ДСРК........129
5.6. Синхронные реактивные двигатели................131
5.7. Синхронные гистерезисные двигатели...........135
5.8. Реактивно-гистерезисные двигатели с экранированными полюсами .......141
5.9. Индукторные синхронные машины................142
5.9.1. Индукторные синхронные генераторы.142
5.9.2. Индукторные синхронные двигатели....145
5.10. Синхронные двигатели с электромеханической редукцией скорости...147
5.10.1. Синхронные двигатели с катящимся ротором (ДКР) ... 147
5.10.2. Волновые синхронные двигатели.......151
Глава 6. Коллекторные машины....155
6.1. Принцип действия коллекторных машин постоянного тока.... 156
6.2. Устройство коллекторной машины постоянного тока..............160
6.3. Электродвижущая сила и электромагнитный момент коллекторной машины постоянного тока..................167
6.4. Магнитное поле машины постоянного тока. Реакция якоря .... 169
6.5. Коммутация в коллекторных машинах постоянного тока........173
6.6. Способы улучшения коммутации и подавления помех радиоприему .......177
6.7. Потери и КПД коллекторных машин постоянного тока..........180
6.8. Коллекторные двигатели постоянного тока...182
6.8.1. Основные зависимости и соотношения...........................182
6.8.2. Двигатели независимого и параллельного возбуждения... 183
6.8.3. Регулирование частоты вращения двигателей независимого и параллельного возбуждения......187
6.8.4. Двигатели последовательного возбуждения.....................189
6.9. Универсальные коллекторные двигатели.......192
6.10. Стабилизация частоты вращения двигателей постоянного тока...........197
6.11. Генераторы постоянного тока........................199
6.11.1. Генератор независимого возбуждения...........................199
6.11.2. Генератор параллельного возбуждения.........................202
Глава 7. Электрические машины спеша шных конструкций и свойств..........................205
7.1. Гироскопические двигатели.205
7.1.1. Назначение и особые свойства гироскопических двигателей .205
7.1.2. Конструкция гироскопических двигателей.......................207
7.2. Электромашинные преобразователи...............210
7.2.1. Электромашинные преобразователи двигатель-генераторного типа................210
7.2.2. Одноякорные преобразователи..............215
7.3. Электромашинные усилители мощности.......217
7.3Л. Основные понятия......217
7.3.2. Электромашинные усилители поперечного поля............218
Глава 8. Вентильные двигатели постоянного тока..225
8.1. Основные понятия...............225
8.2. Процесс работы вентильного двигателя.........227
8.3. Вентильный двигатель постоянного тока малой мощности.....229
ЧАСТЬ ВТО РАЯ. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИБОРНЫХ УСТРОЙСТВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
РАЗДЕЛ 3 ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Г л а в а 9. Исполнительные двигатели постоянного тока.......................236
9.1. Требования к исполнительным двигателям и схемы управления исполнительными двигателями постоянного тока.............236
9.2. Якорное управление исполнительными двигателями постоянного тока....239
9.3. Полюсное управление исполнительными двигателями постоянного тока...........................241
9-4. Электромеханическая постоянная времени исполнительных двигателей постоянного тока...........................243
9.5. Импульсное управление исполнительным двигателем постоянного тока...........................245
9.6. Конструкции исполнительных двигателей постоянного тока ..248
9.6.1. Исполнительный двигатель постоянного тока с полым якорем..........................248
9.6.2. Двигатели постоянного тока с печа гными обмотками якоря249
9.6.3. Двигатель постоянного тока с гладким (беспазовым) якорем..........................252
Глава 10. Асинхронные исполнительные двигатели..253
10.1. Способы упраа^ения асинхронными исполнительными двигателями ...253
10.2. Самоход в исполнительных асинхронных двигателях и пути его устранения.....................257
10.3. Устройство исполнительного асинхронного двигателя с полым немагнитным ротором259
10.4. Характеристики исполнительного асинхронного двигателя с полым немагнитным ротором....................262
10.5. Исполнительный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором........................266
10.6. Исполнительный асинхронный двигатель с полым ферромагнитным ротором............268
10.7. Электромеханическая постоянная времени исполнительных асинхронных двигателей.....270
10.8. Моментные исполнительные двигатели.......271
Глава II. Исполнительные шаговые двигатели........275
11.1. Основные понятия..............275
11.2. Шаговые двигатели с пассивным ротором...278
11.3. Шаговые двигатели с активным ротором.....281
11.4. Индукторные шаговые двигатели..................283
11.5. Основные параметры и режимы работы шаговых двигателей ...284
Глава 12. Примеры применения исполнительных двигателей..............288
12.1. Примеры применения исполнительных асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока...........288
12.2. Пример применения исполнительного шагового двигателя... 291
12.3. Электродвигатели для привода считывающих устройств........292
12.3.1. Лентопротяжные механизмы..............293
12.3.2. Электропривод устройств для считывания информации с оптических дисков.................... 295
РАЗДЕЛ IV ИНФОРМАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Глава 13, Тахогенераторы..............298
13.1. Назначение тахогенераторов и предъявляемые к ним требования ........298
13.2. Тахогенераторы переменного тока................300
13.3. Тахогенераторы постоянного тока.................307
13.4. Примеры применения тахогенераторов в устройствах промышленной автоматики.....312
13.4.1. Применение тахогенераторов в качестве датчиков частоты вращения....312
13.4.2. Применение тахогенератора в качестве расходомера ....313
13.4.3. Применение тахогенератора в электроприводе с отрицательной обратной связью по скорости......................313
Глава 14. Электрические машины синхронной связи...........................316
14.1. Основные понятия..............316
14.2. Индикаторная система дистанционной передачи угла............318
14.3. Синхронизирующие моменты сельсинов в индикаторной системе.....322
14.4. Трансформаторная система дистанционной передачи угла.... 326
14.5. Конструкция сельсинов......331
14.6. Дифференциальный сельсин.........................336
14.7. Магнесины..........................337
14.8. Примеры применения сельсинов в устройствах промышленной автоматики...................339
14.8М. Регистрация ветчины подачи инструмента в буровых установках.........339
14.8.2. Регулирование соотношения «топливо —воздух» в металлургической печи....................340
Глава 15. Вращающиеся трансформаторы................342
15.1. Назначение и устройство вращающихся трансформаторов .... 342
15.2. Сииусно-косинусный вращающийся трансформатор.............344
15.2.1. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор в синусном режиме.344
15.2.2. Синусно-косинусный врашаюшийся трансформатор в синусно-косинусном режиме..........346
15.2.3. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор в режиме масштабирования...............351
15.2.4. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор в режиме фазовращателя....................352
15.3. Линейный врашаюшийся трансформатор....353
15.4. Трансформаторная система дистанционной передачи угла на вращающихся трансформаторах...............355
Список литературы
Предметный указатель

...

Похожие книги: