Elektrisk roterande maskin - en elektrisk anordning utformad för att omvandla energi baserad på elektromagnetisk induktion och interaktionen av ett magnetfält med en elektrisk ström, som innehåller minst två delar som är involverade i huvudomvandlingsprocessen och som har förmågan att rotera eller vrida i förhållande till varandra , på grund av vilket och omvandlingsprocessen äger rum. [ett]
Möjligheten att skapa en elektrisk maskin som en elektromekanisk omvandlare bygger på elektromagnetisk interaktion , som utförs med hjälp av en elektrisk ström och ett magnetfält . En elektrisk maskin i vilken elektromagnetisk interaktion utförs med hjälp av ett magnetfält kallas induktiv och i vilken den med hjälp av en elektrisk är kapacitiv . Kapacitiva maskiner används praktiskt taget inte, eftersom med luftens ändliga ledningsförmåga (i närvaro av fukt) kommer laddningarna att försvinna från den elektriska maskinens aktiva zon till marken.
De två huvudsakliga strukturella elementen i alla elektriska roterande maskiner är: rotorn är den roterande delen; stator - fast del; samt en luftspalt som skiljer dem åt.
Roterande elektriska maskiner kan klassificeras enligt olika parametrar, inklusive: efter funktionsändamål, av magnetfältets natur i huvudluftgapet, genom exciteringsmetoden, efter typen av kontaktanslutningar för lindningarna, genom möjligheten att ändring av rotationsriktningen, genom arten av förändringen i rotationshastigheten, efter typ av ström. [2]
Denna klassificering antar det huvudsakliga funktionella syftet med maskinen i kraftöverföringssystemet som huvudkriterium. [3]
Elektrisk maskingenerator en roterande elektrisk maskin utformad för att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi. Roterande elmotor en roterande elektrisk maskin utformad för att omvandla elektrisk energi till mekanisk energi. Elektrisk maskinomvandlare en roterande elektrisk maskin utformad för att ändra parametrarna för elektrisk energi (typ av ström, spänning, frekvens, antal faser, spänningsfaser). Elektromaskinkompensator en roterande elektrisk maskin utformad för att generera eller förbruka reaktiv effekt. Elektromaskinkoppling en roterande elektrisk maskin utformad för att överföra mekanisk energi från en axel till en annan. Elektrisk maskinbroms en roterande elektrisk maskin utformad för att generera ett bromsmoment. Information elektrisk maskin en roterande elektrisk maskin utformad för att generera elektriska signaler som kännetecknar rotorns rotationshastighet eller dess vinkelläge, eller för att omvandla en elektrisk signal till motsvarande vinkelläge för rotornI samband med denna klassificering är den mest välkända och utbredda gruppen av roterande elektriska maskiner elektriska maskingeneratorer (eller helt enkelt "strömgeneratorer") och roterande elektriska motorer (eller helt enkelt "elektriska motorer") som används inom nästan alla teknikområden , och deras design är vanligtvis sådan att för dem reversibilitetsprincipen , när samma maskin kan fungera både som en strömgenerator och som en elektrisk motor.
Huvudsakliga:
Inte grundläggande:
En elektrisk maskin är i de flesta fall en elmotor .
En förfinad beräkning av prestandaegenskaperna och användningen av befintliga optimeringsprogram gör det möjligt att få en mycket perfekt design redan vid maskinens designstadium. Följande metoder för matematisk modellering av elektriska maskiner är vanligast:
Analytiska metoder bygger på att lösa ekvationer som inkluderar storheter som magnetiska flöden, spänningar och strömmar. I studien av asynkrona maskiner har beräkningen av den ekvivalenta kretsen för en fas blivit utbredd. Detta tillvägagångssätt används vanligtvis vid beräkning av stationära förhållanden och mindre ofta för beräkning av transienter. Vid användning av analytiska metoder görs följande antaganden:
Felet i analytiska beräkningar kan nå 15-20% och mer.
Numeriska metoder har fått stor användning under senare år i samband med den snabba utvecklingen av datorer och datorteknik. Moderna datorprogram tillåter att lösa inte bara tvådimensionella utan också tredimensionella problem. Vanligtvis involverar numeriska metoder användningen av beräkningsrutnät av olika former som representerar problemområdet, och ju högre noggrannhet modellen har, desto fler rutnätsnoder. Det finns modeller baserade på finita differensmetoden (FDM), som använder ortogonala rutnät, och modeller baserade på finita elementmetoden (FEM), där rutnätsnoder kan fördelas mer rationellt. Fördelen med numeriska metoder är att de inte bara tillåter att förbättra noggrannheten för att lösa ett fältproblem, utan också att ta hänsyn till faktorer som mättnad av maskinens magnetiska krets, strömförskjutning i ledare och komplexiteten hos mediagränser.
Vid beräkning av magnetfält, med hänsyn till olinjäriteten hos medias egenskaper med numeriska metoder, används vanligtvis den iterativa metoden Newton-Raphson . Samtidigt, när man använder finita elementmetoden, har koefficientmatriserna en bandstruktur, vilket minskar antalet operationer.
Moderna program baserade på finita elementmetoden gör det möjligt att beräkna EMF och strömmar för stator- och rotorlindningarna, ta hänsyn till rotorns rotation i förhållande till statorn, kärnornas utväxling, mättnaden av stål, induktionen av virvelströmmar i massiva strukturella element, den komplexa karaktären av fördelningen av magnetfältet i gapet. Dessutom låter moderna finita elementprogram dig beräkna tredimensionella (tredimensionella) strukturer. Noggrannheten i beräkningar med finita elementprogram har upprepade gånger bekräftats av experimentella studier. Ju mer komplex maskin som modelleras, desto längre tid tar beräkningsprocessen. Beräkningen av driftsätten för asynkrona maskiner har också den egenskapen att frekvensen av de strömmar som induceras i rotorn är relativt liten. Om de transienta processerna beräknas med metoden för numerisk integration av ett system av differentialekvationer, vilket kräver att man delar upp hela det betraktade tidsintervallet i tillräckligt små steg, kan tiden som läggs på beräkningar vara betydande.
För att minska tiden och bibehålla noggrannheten har andra metoder dykt upp. Sådana tillvägagångssätt tillämpar som regel flera metoder samtidigt, det vill säga de är kombinerade metoder.
Dessa metoder inkluderar i synnerhet metoder baserade på beräkning av ekvivalenta ekvivalenta kretsar av magnetiska kretsar, det vill säga på diskretisering av ett elektromagnetiskt system i form av ett flöde. Det antas att magnetfältet består av ett visst antal magnetiska rör med variabelt tvärsnitt. Inom varje rör är flödet konstant, och alla fältlinjer är strikt parallella med rörväggarna. Detta tillvägagångssätt för att skapa ekvivalenta kretsar är motiverat endast för de ferromagnetiska sektionerna av kärnorna; för luftgapet kan det tillämpas med vissa antaganden. Det är svårt att bestämma formen, riktningen och antalet fältrör i denna del av maskinen, speciellt om man tar hänsyn till kärnornas inbördes rörelse Studera Ohms lag
Det finns metoder för att korrekt återge fältet i luftgapet. Dessa är metoderna för tandade konturer och likvärdiga konduktiviteter för luftgapet.
I metoden för ekvivalenta konduktiviteter återfinns luftgapets magnetiska konduktiviteter som produkten av partiella konduktiviteter som hittas med ensidig och tvåsidig tandning av kärnorna.
En mer universell metod för att beräkna elektriska maskiner är MZK. MZK, som ursprungligen utvecklades för beräkning av hydrogeneratorer, generaliserades sedan och användes för beräkning av olika typer av elektriska maskiner, inklusive asynkrona maskiner med en ekorrburrotor.
I dessa arbeten uttrycks flödeskopplingen av lindningarna på en elektrisk maskin genom de induktiva parametrarna för de tandade konturerna som bildas av strömmar som ligger i botten av spåren eller koncentrerade på spårens väggar. Denna representation av fältkällorna gör det möjligt att använda teorin om den skalära magnetiska potentialen, vilket avsevärt förenklar beräkningarna.
Tanken med MZK är att representera fältet i luftgapet i en elektrisk maskin som summan av fälten för de så kallade tandkonturerna. Denna metod gör det möjligt att utföra en detaljerad analys av magnetfältet i en separat växelkrets och bestämma den magnetiska ledningsförmågan i luftgapet, med hänsyn till statorns och rotorns bilaterala växling, kärnornas ömsesidiga rörelse, samt den faktiska formen på ankarlindningens ström eller spänning.