Elektromos forgógép - elektromágneses indukción és mágneses tér elektromos árammal való kölcsönhatásán alapuló energia átalakítására tervezett elektromos eszköz , amely legalább két, a fő átalakítási folyamatban részt vevő alkatrészt tartalmaz, és képes egymáshoz képest elfordulni vagy elfordulni. , melynek köszönhetően és az átalakítási folyamat megy végbe. [egy]
Az elektromos gép elektromechanikus átalakítóként való létrehozásának lehetősége elektromágneses kölcsönhatáson alapul , amely elektromos áram és mágneses tér segítségével valósul meg . Induktívnak nevezzük azt az elektromos gépet, amelyben az elektromágneses kölcsönhatás mágneses tér segítségével megy végbe , és amelyben egy elektromos segítségével kapacitív . A kapacitív gépeket gyakorlatilag nem használják, mivel a levegő véges vezetőképességével (nedvesség jelenlétében) a töltések eltűnnek az elektromos gép aktív zónájából a talajba.
Minden elektromos forgógép két fő szerkezeti eleme: a forgórész a forgórész ; állórész - rögzített rész; valamint az őket elválasztó légrés.
A forgó elektromos gépek különböző paraméterek szerint osztályozhatók, többek között: funkcionális cél, a fő légrésben lévő mágneses tér jellege, a gerjesztés módja, a tekercsek érintkezési kapcsolatainak típusa szerint, a a forgásirány megváltoztatása, a forgási sebesség változásának természete szerint, az áram fajtája szerint. [2]
Ez a besorolás fő kritériumként a gép fő funkcionális rendeltetését feltételezi az erőátviteli rendszerben. [3]
Elektromos gép generátor forgó elektromos gép, amely a mechanikai energiát elektromos energiává alakítja. Forgó villanymotor forgó elektromos gép, amely elektromos energiát mechanikai energiává alakít át. Elektromos gép átalakító az elektromos energia paramétereinek (áram fajtája, feszültség, frekvencia, fázisok száma, feszültségfázisok) megváltoztatására tervezett forgó elektromos gép. Elektromos gép kompenzátor meddő teljesítmény előállítására vagy fogyasztására tervezett forgó elektromos gép. Elektromos tengelykapcsoló forgó elektromos gép, amely a mechanikai energia egyik tengelyről a másikra történő átvitelére szolgál. Elektromos gépfék egy forgó elektromos gép, amelyet fékezőnyomaték generálására terveztek. Információs elektromos gép forgó elektromos gép, amely a forgórész forgási sebességét vagy szöghelyzetét jellemző elektromos jeleket generál, vagy egy elektromos jelet a forgórész megfelelő szöghelyzetébe alakít.Ezzel a besorolással a forgó elektromos gépek legismertebb és legelterjedtebb csoportja az elektromos gépgenerátorok (vagy egyszerűen csak „áramgenerátorok”) és a forgó villanymotorok (vagy egyszerűen csak „elektromos motorok”), amelyeket a technika szinte minden területén használnak. , és a kialakításuk általában olyan, hogy számukra megfordíthatósági elv , amikor ugyanaz a gép áramgenerátorként és villanymotorként is működhet.
Fő:
Nem alap:
Az elektromos gép a legtöbb esetben egy villanymotor .
A teljesítményjellemzők kifinomult számítása és a meglévő optimalizáló programok használata lehetővé teszi, hogy már a gép tervezési szakaszában nagyon tökéletes kialakítást kapjunk. Az elektromos gépek matematikai modellezésére a következő módszerek a leggyakoribbak:
Az analitikai módszerek olyan egyenletek megoldásán alapulnak, amelyek olyan mennyiségeket tartalmaznak, mint a mágneses fluxusok, feszültségek és áramok. Az aszinkron gépek tanulmányozása során elterjedt egy fázis ekvivalens áramkörének számítása. Ezt a megközelítést általában az állandósult állapotok számításakor, ritkábban a tranziensek számításánál alkalmazzák. Az analitikai módszerek alkalmazásakor a következő feltételezéseket kell tenni:
Az analitikus számítások hibája elérheti a 15-20%-ot és még többet is.
A numerikus módszerek széles körben elterjedtek az elmúlt években a számítógépek és a számítástechnika rohamos fejlődése kapcsán. A modern számítógépes programok nemcsak kétdimenziós, hanem háromdimenziós problémák megoldását is lehetővé teszik. A numerikus módszerek általában a problématerületet reprezentáló különböző alakú számítási rácsok használatát foglalják magukban, és minél nagyobb a modell pontossága, annál nagyobb a rács csomópontjainak száma. Léteznek a véges differencia módszeren (FDM) alapuló, ortogonális rácsokat használó modellek, illetve a végeselem módszeren (FEM) alapuló modellek, amelyekben a rács csomópontjai racionálisabban oszthatók el. A numerikus módszerek előnye, hogy nemcsak a térprobléma megoldásának pontosságát teszik lehetővé, hanem olyan tényezőket is figyelembe vehetnek, mint a gép mágneses áramkörének telítettsége, áramelmozdulása a vezetőkben, valamint a közeghatárok bonyolultsága.
A mágneses mezők számításakor, figyelembe véve a közegek tulajdonságainak nemlinearitását numerikus módszerekkel, általában a Newton-Raphson iteratív módszert alkalmazzák . Ugyanakkor a végeselemes módszer alkalmazásakor az együtthatómátrixok sávos szerkezetűek, ami csökkenti a műveletek számát.
A végeselemes módszeren alapuló modern programok lehetővé teszik az állórész és a forgórész tekercseinek EMF és áramainak kiszámítását, figyelembe véve a forgórész forgását az állórészhez képest, a magok áttételét, az acél telítettségét, az indukciót. örvényáramok masszív szerkezeti elemeiben, a mágneses tér eloszlásának összetett jellege a résben. Ezenkívül a modern végeselemes programok lehetővé teszik a háromdimenziós (háromdimenziós) struktúrák kiszámítását. A végeselemes programokkal végzett számítások pontosságát kísérleti vizsgálatok többször is megerősítették. Minél bonyolultabb a modellezett gép, annál tovább tart a számítási folyamat. Az aszinkron gépek működési módjainak számításának is megvan az a jellemzője, hogy a forgórészben indukált áramok frekvenciája viszonylag kicsi. Ha a tranziens folyamatokat egy differenciálegyenlet-rendszer numerikus integrálásának módszerével számítjuk ki, amihez a teljes figyelembe vett időintervallumot kellően kis lépésekre kell osztani, akkor a számításokra fordított idő jelentős lehet.
Az idő csökkentése és a pontosság megőrzése érdekében más módszerek is megjelentek. Az ilyen megközelítések általában több módszert alkalmaznak egyidejűleg, azaz kombinált módszerek.
E módszerek közé tartoznak különösen a mágneses áramkörök egyenértékű ekvivalens áramköreinek kiszámításán, azaz egy elektromágneses rendszer áramlás formájában történő diszkretizálásán alapuló módszerek. Feltételezzük, hogy a mágneses mező bizonyos számú, változó keresztmetszetű mágnescsőből áll. Mindegyik csövön belül az áramlás állandó, és minden térvonal szigorúan párhuzamos a cső falával. Az ekvivalens áramkörök kialakításának ez a megközelítése csak a magok ferromágneses szakaszainál indokolt, a légrés esetében bizonyos feltevések mellett alkalmazható. A gép ezen részében nehéz meghatározni a terepi csövek alakját, irányát és számát, különösen, ha figyelembe vesszük a magok kölcsönös mozgását Tanulmányozza az Ohm-törvényt
Vannak módszerek a mező helyes reprodukálására a légrésben. Ezek a fogazott kontúrok és a légrés egyenértékű vezetőképességének módszerei.
Az ekvivalens vezetőképesség módszerében a légrés mágneses vezetőképességét a magok egy- és kétoldali fogazásánál talált parciális vezetőképességek szorzataként találjuk meg.
Az elektromos gépek kiszámításának univerzálisabb módszere az MZK. Az eredetileg hidrogenerátorok számítására kifejlesztett MZK-t ezt követően általánosították és alkalmazták különféle típusú elektromos gépek, köztük a mókuskalitkás rotorral rendelkező aszinkron gépek számításánál.
Ezekben a munkákban egy elektromos gép tekercseinek fluxuskapcsolatát a hornyok alján elhelyezkedő vagy a hornyok falára koncentrálódó áramok által alkotott fogazott kontúrok induktív paraméterei fejezik ki. A térforrások ilyen ábrázolása lehetővé teszi a skaláris mágneses potenciál elméletének alkalmazását, ami nagyban leegyszerűsíti a számításokat.
Az MZK ötlete az, hogy egy elektromos gép légrésében lévő mezőt az úgynevezett fogkontúrok mezőinek összegeként ábrázolja. Ez a módszer lehetővé teszi egy külön hajtóműkör mágneses terének részletes elemzését és a légrés mágneses vezetőképességének meghatározását, figyelembe véve az állórész és a forgórész kétoldali áttételét, a magok kölcsönös mozgását, valamint az armatúra tekercs áramának vagy feszültségének tényleges alakja.