Elektrický točivý stroj - elektrické zařízení určené k přeměně energie na základě elektromagnetické indukce a interakce magnetického pole s elektrickým proudem, obsahující alespoň dvě části zapojené do hlavního procesu přeměny a mající schopnost se vůči sobě otáčet nebo natáčet , kvůli kterému a proces konverze probíhá. [jeden]
Možnost vytvoření elektrického stroje jako elektromechanického měniče je založena na elektromagnetické interakci , která se uskutečňuje pomocí elektrického proudu a magnetického pole . Elektrický stroj, ve kterém se elektromagnetická interakce provádí pomocí magnetického pole, se nazývá indukční au kterého pomocí elektrického je kapacitní . Kapacitní stroje se prakticky nepoužívají, protože s konečnou vodivostí vzduchu (za přítomnosti vlhkosti) zmizí náboje z aktivní zóny elektrického stroje do země.
Dva hlavní konstrukční prvky jakýchkoli elektrických točivých strojů jsou: rotor je rotační část; stator - pevná část; stejně jako vzduchová mezera, která je odděluje.
Točivé elektrické stroje lze klasifikovat podle různých parametrů, mezi něž patří: podle funkčního účelu, podle charakteru magnetického pole v hlavní vzduchové mezeře, podle způsobu buzení, podle typu kontaktních spojení vinutí, podle možnosti změna směru otáčení, podle povahy změny rychlosti otáčení, podle druhu proudu. [2]
Tato klasifikace předpokládá hlavní funkční účel stroje v systému přenosu energie jako hlavní kritérium. [3]
Elektrický strojní generátor točivý elektrický stroj určený k přeměně mechanické energie na elektrickou energii. Rotující elektromotor točivý elektrický stroj určený k přeměně elektrické energie na mechanickou energii. Měnič elektrického stroje točivý elektrický stroj určený ke změně parametrů elektrické energie (druh proudu, napětí, frekvence, počet fází, fáze napětí). Elektrostrojový kompenzátor točivý elektrický stroj určený k výrobě nebo spotřebě jalového výkonu. Spojka elektrostroje točivý elektrický stroj určený k přenosu mechanické energie z jedné hřídele na druhou. Elektrická brzda stroje rotační elektrický stroj určený k vytváření brzdného momentu. Informační elektrický stroj točivý elektrický stroj určený ke generování elektrických signálů charakterizujících rychlost otáčení rotoru nebo jeho úhlové polohy nebo k převodu elektrického signálu na odpovídající úhlovou polohu rotoruV kontextu této klasifikace jsou nejznámější a nejrozšířenější skupinou točivých elektrických strojů generátory elektrických strojů (nebo jednoduše „generátory proudu“) a točivé elektromotory (nebo jednoduše „elektromotory“) používané téměř ve všech oblastech techniky. a jejich konstrukce je obvykle taková, že pro ně platí princip reverzibility , kdy stejný stroj může fungovat jako generátor proudu i jako elektromotor.
Hlavní:
Ne základní:
Elektrický stroj je ve většině případů elektromotor .
Propracovaný výpočet výkonových charakteristik a využití existujících optimalizačních programů umožňuje získat velmi dokonalý návrh již ve fázi návrhu stroje. Nejběžnější jsou následující metody matematického modelování elektrických strojů:
Analytické metody jsou založeny na řešení rovnic, které zahrnují veličiny jako magnetické toky, napětí a proudy. Při studiu asynchronních strojů se rozšířil výpočet ekvivalentního obvodu jedné fáze. Tento přístup se obvykle používá při výpočtu podmínek ustáleného stavu a méně často při výpočtu přechodových jevů. Při použití analytických metod se vychází z následujících předpokladů:
Chyba analytických výpočtů může dosáhnout 15-20% a více.
Numerické metody se v posledních letech hojně využívají v souvislosti s rychlým rozvojem počítačů a výpočetní techniky. Moderní počítačové programy umožňují řešení nejen dvourozměrných, ale i trojrozměrných problémů. Numerické metody obvykle zahrnují použití výpočtových mřížek různých tvarů reprezentujících problémovou oblast a čím vyšší je přesnost modelu, tím větší je počet uzlů mřížky. Existují modely založené na metodě konečných rozdílů (FDM), která využívá ortogonální sítě, a modely založené na metodě konečných prvků (FEM), ve kterých lze uzly mřížky rozmístit racionálněji. Výhodou numerických metod je, že umožňují nejen zlepšit přesnost řešení problému s polem, ale také zohlednit faktory, jako je saturace magnetického obvodu stroje, proudový posun ve vodičích a složitost hranic médií.
Při výpočtu magnetických polí s přihlédnutím k nelinearitě vlastností médií numerickými metodami se obvykle používá Newton-Raphsonova iterační metoda . Zároveň při použití metody konečných prvků mají matice koeficientů pásmovou strukturu, což snižuje počet operací.
Moderní programy založené na metodě konečných prvků umožňují vypočítat EMF a proudy vinutí statoru a rotoru, vzít v úvahu rotaci rotoru vůči statoru, ozubení jader, sycení oceli, indukci vířivých proudů v masivních konstrukčních prvcích, složitý charakter rozložení magnetického pole v mezeře. Moderní programy konečných prvků navíc umožňují vypočítat trojrozměrné (trojrozměrné) struktury. Přesnost výpočtů pomocí programů konečných prvků byla opakovaně potvrzena experimentálními studiemi. Čím složitější je modelovaný stroj, tím déle proces výpočtu trvá. Výpočet pracovních režimů asynchronních strojů má také tu vlastnost, že frekvence proudů indukovaných v rotoru je relativně malá. Jsou-li přechodové děje počítány metodou numerické integrace soustavy diferenciálních rovnic, která vyžaduje rozdělení celého uvažovaného časového intervalu na dostatečně malé kroky, může být čas strávený výpočty značný.
S cílem zkrátit čas a zachovat přesnost se objevily další metody. Takové přístupy zpravidla aplikují několik metod současně, to znamená, že se jedná o kombinované metody.
Mezi tyto metody patří zejména metody založené na výpočtu ekvivalentních ekvivalentních obvodů magnetických obvodů, tedy na diskretizaci elektromagnetického systému ve formě toku. Předpokládá se, že magnetické pole se skládá z určitého počtu magnetických trubic různého průřezu. V každé trubici je průtok konstantní a všechny siločáry jsou přesně rovnoběžné se stěnami trubice. Tento přístup k vytváření ekvivalentních obvodů má své opodstatnění pouze u feromagnetických úseků jader, u vzduchové mezery jej lze s určitými předpoklady aplikovat. V této části stroje je obtížné určit tvar, směr a počet elektronek pole, zvláště pokud vezmete v úvahu vzájemný pohyb jader Prostudujte si Ohmův zákon
Existují metody, jak správně reprodukovat pole ve vzduchové mezeře. Jedná se o metody ozubených kontur a ekvivalentních vodivostí vzduchové mezery.
Při metodě ekvivalentních vodivostí jsou magnetické vodivosti vzduchové mezery zjištěny jako součin částečných vodivostí zjištěných při jednostranném a oboustranném ozubení jader.
Univerzálnější metodou pro výpočet elektrických strojů je MZK. MZK, původně vyvinutý pro výpočty hydrogenerátorů, byl poté zobecněn a aplikován na výpočty různých typů elektrických strojů, včetně asynchronních strojů s rotorem nakrátko.
V těchto pracích je vazba toku vinutí elektrického stroje vyjádřena prostřednictvím indukčních parametrů ozubených obrysů tvořených proudy ležícími na dně drážek nebo soustředěnými na stěnách drážek. Toto znázornění zdrojů pole umožňuje využít teorii skalárního magnetického potenciálu, což značně zjednodušuje výpočty.
Myšlenkou MZK je reprezentovat pole ve vzduchové mezeře elektrického stroje jako součet polí takzvaných obrysů zubů. Tato metoda umožňuje provést podrobnou analýzu magnetického pole samostatného převodového obvodu a určit magnetickou vodivost ve vzduchové mezeře s přihlédnutím k oboustrannému ozubení statoru a rotoru, vzájemnému pohybu jader, jakož i skutečný tvar proudu nebo napětí vinutí kotvy.