Ермолин Н. П.
Электрические машины малой мощности
Одобрено Министерством высшего и среднего профессионального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов учебных заведений соответствующих специальностей.
Рецензенты: Кафедра электрических машин Московского энергетического института
Редактор О. М. Смирницкая
Художник Б. Г. Дударев
Технический редактор Л. М. Матюшина
Корректор М. И. Козлова
Издательство "Высшая школа"
Типография издательства МГУ, Москва, Ленинские горы
Содержание книги
Электрические машины малой мощности
Предисловие к первому изданию
Предисловие ко второму изданию
Введение
§ 1. Роль и значение электрических машин малой мощности в современной технике
§ 2. Области применения электрических машин
§ 3. Основные технические требования, предъявляемые к электродвигателям и генераторам малой мощности
§ 4. Вопросы надежности и долговечности электрических машин малой мощности
Количественная оценка надежности электрических машин
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Глава 1. Электродвигатели постоянного тока малой мощности
§ 1.1. Области применения и требования, предъявляемые к электродвигателям постоянного тока малой мощности
§ 1.2. Конструктивнее оформление электродвигателя малой мощности
§ 1.3. Возбуждение и схемы электродвигателей
§ 1.4. Пуск в ход и реверс электродвигателей
§ 1.5. Рабочие свойства электродвигателей
§ 1.6. Стабилизация скорости вращения электродвигателей постоянного тока
§ 1.7. Исполнительные электродвигатели постоянного тока
Глава II. Генераторы постоянного тока малой мощности
§ 2.1. Радиогенераторы
§ 2.2. Тахогенераторы постоянного тока
Глава III. Машины постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами
§ 3.1. Характеристики постоянных магнитов
§ 3.2. Конструкция магнитной системы машин малой мощности с постоянными магнитами
§ 3.3. Реакция якоря в машинах с постоянными магнитами
Глава IV. Электромашинные усилители мощности
§ 4.1. Принцип действия и устройство электромашннного усилителя с поперечным полем
§ 4.2. Конструкция ЭМУ с поперечным полем
§ 4.3. Коэффициенты усиления и постоянные времени ЭМУ с поперечным полем
§ 4.4. Работа ЭМУ с поперечным полем при нагрузке
§ 4.5. Принцип действия и устройство ЭМУ с продольным полем
Глава V. Одноякорные преобразователи постоянного и постоянно-переменного тока
§ 5.1. Одноякорные преобразователи постоянного тока
§ 5.2. Одноякорные преобразователи постоянно-переменного тока
Глава V. Машины постоянного тока малой мощности с печатной обмоткой на якоре
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. РАСЧЕТ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Глава VII. Расчет электродвигателей и генераторов постоянного тока малок мощности
§ 7.1. Задание на проектирование
§ 7.2. Основные размеры машины
§ 7.3. Обмотка якоря
§ 7.4. Размеры зубцов, пазов и проводов обмотки якоря
§ 7.5. Коллектор, щеткодержатели и щетки
§ 7.6. Магнитная система машины
§ 7.7. Расчет обмотки возбуждения
Электродвигатель последовательного возбуждения
Электродвигатель и генератор параллельного возбуждения
Электродвигатель параллельного возбуждения со стабилизацией скорости вращения с помощью центробежного вибрационного регулятора скорости
§ 7.8. Потери и коэффициент полезного действия машины
§ 7.9. Расчет серии электродвигателей постоянного тока малой мощности
§ 7.10. Пример расчета электродвигателя постоянного тока малой мощности
Глава VIII. Особенности расчета машин постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами
§ 8.1. Порядок расчета машин постоянного тока с постоянными магнитами
§ 8.2. Определение длины постоянного магннта полюса машины
Глава IX. Расчет электромашинных усилителей малой мощности с поперечным полем
§ 9.1. Задание на проектирование
§ 9.2. Основные размеры ЭМУ
§ 9.3. Обмотка якоря и коллектор
§ 9.4. Магнитная система ЭМУ
§ 9.5. Потери и коэффициент полезного действия ЭМУ
Глава Х. Тепловой расчет коллекторных машин малой мощности
§ 10.1. Общие замечания
§ 10.2. Превышение температуры якоря
§ 10.3. Превышение температуры коллектора
§ 10.4. Превышение температуры обмотки возбуждения
§ 10.5. Упрощенный тепловой расчет коллекторных машин малой мощности
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ КОЛЛЕКТОРНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Глава XI. Основные свойства универсальных коллекторных электродвигателей
§ 11.1. Устройство и рабочий процесс универсального коллекторного электродвигателя
§ 11.2. Векторная диаграмма напряжения универсального коллекторного электродвигателя
§ 11.3. Рабочие характеристика универсального коллекторного электродвигателя
§ 11.4. Шум коллекторных машин малой мощности
§ 11.5. Подавление радиопомех, создаваемых коллекторными машинами
Глава XII. Расчет универсальных коллекторных электродвигателей малой мощности
§ 12.1. Задание на проектирование
§ 12.2. Основные размеры электродвигателя
§ 12.3. Якорь универсального коллекторного электродвигателя
§ 12.4. Магнитная система универсального коллекторного электродвигателя
§ 12.5. Обмотка возбуждения универсального коллекторного электродвигателя
§ 12.6. Потери и коэффициент полезного действия универсального коллекторного электродвигателя
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ. СИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Глава XIII. Трехфазные реактивные электродвигатели малой мощности
Глава XIV. Однофазные реактивные электродвигатели малой мощности
§ 14.1. Однофазные реактивные электродвигатели с явнополюсным статором и одной катушкой возбуждения
§ 14.2. Однофазные конденсаторные реактивные электродвигатели
§ 14.3. Реактивные электродвигатели с секционированным ротором
Глава XV. Синхронные электродвигатели с гистерезисным моментом
§ 15.1. Однофазные конденсаторные синхронные электродвигатели с гистерезисным моментом
§ 15.2. Однофазные синхронные гистерезисные электродвигатели с явнополюсным статором
Глава XVI. Шаговые электродвигатели
§ 16.1. Основные соотношения в шаговых двигателях
§ 16.2. Шаговый двигатель с реактивным ротором
§ 16.3. Шаговый двигатель с активным ротором
РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ. РАСЧЕТ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Глава XVII. Расчет реактивных электродвигателей с не явнополюсным статором
§ 17.1. Задание на проектирование
§ 17.2. Основные размеры реактивного электродвигателя
§ 17.3. Обмотка статора
§ 17.4. Магнитная система электродвигателя
§ 17.5. Ток холостого хода и параметры электродвигателя
§ 17.6. Пусковой и вращающий моменты электродвигателя
Трехфазные реактивные электродвигатели
Однофазные конденсаторные реактивные электродвигатели
РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ. АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ МАЛОЙ МОЩНОСТ
Глава XVIII. Трехфазные асинхронные электродвигатели малой мощности с беличьей клеткой
§ 18.1. Вращающий момент и скольжение трехфазного асинхронного электродвигателя
§ 18.2. Токи в роторе с беличьей клеткой
§ 18.3. Схема замещения и пусковой ток трехфазного асинхронного электродвигателя
Глава XIX. Однофазные асинхронные электродвигатели малой мощности
§ 19.1. Уравнения рабочего процесса конденсаторного асинхронное электродвигателя с вспомогательной обмоткой
§ 19.2. Вращающий момент конденсаторного асинхронного электродвигателя
§ 19.3. Анализ пусковых и рабочих свойств управляемого кондесаторного асинхронного электродвигателя
§ 19.4. Малоинерционные управляемые конденсаторные асинхронные электродвигатели с немагнитным полым ротором
§ 19.5. Однофазные конденсаторные асинхронные электродвигатели общего применения
§ 19.6. Однофазные асинхронные электродвигатели с расщепленным или экранированными полюсами
§ 19.7. Гироскопические и момснтные асинхронные электродвигатели малой мощности
Гироскопические асинхронные двигатели
Моментные асинхронные двигатели
Глава XX. Асинхронные тахогенераторы
РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ. РАСЧЕТ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Глава XXI. Расчет асинхронных электродвигателей с неявнополюсным статором
Глава XXII. Расчет однофазных асинхронных электродвигателей малой мощности с расщепленными или экранированными полюсами
РАЗДЕЛ ВОСЬМОЙю СЕЛЬСИНЫ
Глава XXIII. Основные свойства систем синхронной передачи с трехфазными и однофазными сельсинами
Глава XXIV. Расчет сельсинов
РАЗДЕЛ ДЕВЯТЫЙ. ВРАЩАЮЩИЕСЯ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Глава XXV. Основные свойства вращающихся трансформаторов
Приложения
Литература
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Маломощные электрические машины постоянного и переменного тока в диапазоне мощностей от долей ватта до нескольких ватт в настоящее время получили широкое и разнообразное пименение в различных областях промышленности, специальной техники и домашнего быта. В этих областях широко осуществляется сейчас автоматизация производственных процессов, исполнительных механизмов и различных устройств всевозможного использования малых электрических машин в заданном диапазоне мощностей.
Производство этих машин в настоящее время представляет и специальную отрасль электромашиностроения с массовым их серийным выпуском. Проектированием и изготовлением электрических машин малой мощности занимаются различные промышленные предприятия, научно-исследовательские институты и специальные организации. Существует также очень много организаций, занимающихся использованием и применением готовых маломощных электрических машин для всевозможных общих и специальных автоматических устройств.
Для решения этих важных технических задач требуются многочисленные кадры специалистов в области проектирования, производства и использования электрических машин малой мощности. В связи с этим большой интерес проявляется сейчас к аппаратуре по этим машинам со стороны преподавателей, аспирантов и студентов политехнических, электротехнических электроприборостроительных и авиационных вузов и факультетов при изучении ими теории, рабочих свойств и методов расчета разных типов электрических машин малой мощности и возможностей их применения для различных автоматических устройств и многих других целей. Эта литература необходима также в качестве учебного руководства при курсовом и дипломном проектировании в вузах.
Однако не малый интерес к этой литературе проявляется также и со стороны многочисленных инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, производством, исследованием и использованием электрических машин малой мощности.
Как показывает практика работы высших учебных заведений и различных проектных, производственных и других организаций, занимающихся электрическими машинами малой мощности, для экономии времени и удобства работы необходима книга, в которой были бы собраны воедино, в относительно кратком виде, и на надлежащем уровне основные вопросы теории и систематического расчета всех типов малых электрических машин, разрозненные ныне главным образом в многочисленных журнальных статьях или же в немногих книгах по некоторым типам этих машин.
В соответствии с этим в предлагаемой читателю книге изложены в относительно кратком виде основные вопросы и особенности теории и методы расчета всех типов электрических машин малой мощности. При этом изложение этих вопросов дано главным образом на базе физического анализа явлений в машинах с использованием необходимых аналитических зависимостей. Вопросы же конструктивной разработки и механических расчетов этих машин за недостатком места в данной книге не рассматриваются. Эти вопросы представляют собой самостоятельную область для изложения их в отдельной книге.
В данной книге не ставится также задачи создания систематического курса по электрическим машинам малой мощности, а рассматриваются лишь основные особенности, присущие этим машинам, В связи с этим многие формулы в книге приводятся без вывода, как известные из литературы по общему курсу электрических машин.
В книге дается подробная библиография по электрическим машинам малой мощности, которая позволяет читателю при необходимости обратиться к ней для дополнительного изучения некоторых тонкостей отдельных вопросов, не получивших здесь подробного освещения. Таким образом, в данной книге для читателя удобно сочетается возможность получения необходимых сведений по основным вопросам теории и расчета различных типов электрических машин малой мощности и при желании — дополнительного углубления интересующих его вопросов в этой области по литературе, указанной в библиографии.
Создание относительно краткой книги с возможно полным охватом основных особенностей теории и систематическим изложением расчета различных типов малых электрических машин несомненно связано с определенными трудностями и едва ли может быть свободным от некоторых недостатков. Поэтому автор заранее выражает признательность всем, кто сочтет возможным сообщить свои замечания но данной книге.
АВТОР
ВВЕДЕНИЕ
§ 1. РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН МАЛОЙ МОЩНОСТИ В СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКЕ
Современное развитие промышленности, транспорта, сельского хозяйства и новых отраслей техники — авиации, радиолокации, телевидения и специальных видов техники — вызвало широкое применение автоматизации управления различными рабочими процессами и исполнительными механизмами. Эта автоматизация немыслима без разнообразного применения различных маломощных электродвигателей постоянного и переменного тока в диапазоне мощностей от нескольких единиц до сотен ватт как в качестве управляющих, так и исполнительных элементов в схемах автоматики. Вместе с этим электрические машины малой мощности широко используют не только в автоматических устройствах, но также и для других разнообразных целей как в промышленности, так и в домашнем быту.
Следует отметить, что электрические машины малой мощности применяют на практике главным образом в качестве электродвигателей. Однако встречается ряд специальных установок, в которых наряду с электродвигателями имеют применение также и маломощные генераторы, преобразователи и электромашинные усилители.
В области малых мощностей существует большое разнообразие конструкций различных типов электродвигателей. В некоторых из этих конструкций наблюдается органическое соединение двигателей с приборами и механизмами, в которых двигатель часто лишается своих индивидуальных форм и превращается просто в «оживляющий» орган механизма.
В настоящее время электродвигатели и генераторы малой мощности занимают важное место в современной технике, так как практически ни одна отрасль техники, использующая в той или иной мере принципы электротехники, почти не обходится без применения электродвигателей малых мощностей в качестве привода или исполнительного элемента. Ввиду этого практическое значение электрических машин малой мощности весьма велико и к ним требуется надлежащее внимание. Производство этих машин представляет собой своеобразную и специальную отрасль электромашиностроения с их серийным и массовым выпуском.
§ 2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Области применения электродвигателей, генераторов и преобразователей постоянного и переменного тока в диапазон мощностей от долей ватта до нескольких сотен ватт весьма разнообразны.
Важнейшими из этих областей применения являются следующие:
а) установки автоматического управления и регулирования в промышленности и в специальной технике;
б) устройства проводной и радиосвязи (телеграфия, сигнализация, телевидение, радиолокация и др.);
в) счетно-решающие приборы и устройства;
г) гироскопические приборы;
д) самолеты, автомашины, тракторы и другие движущиеся объекты;
е) всевозможные механизмы дистанционного управления;
ж) различные самопишущие приборы, часы, звуковое кино;
з) часовая промышленность;
и) индивидуальный привод веретен в текстильной промышленности;
к) вентиляторы, дрели, сирены и другие устройства;
л) мелкие электромеханизмы в сельском хозяйстве;
м) установки домашнего быта (патефоны, швейные и полотерные машины, пылесосы, холодильники и т, д.).
Имеется также целый ряд других установок и устройств, в которых широко используются электрические машины малой мощности.
В этих установках, в зависимости от их назначения, применяются маломощные электродвигатели и генераторы постоянного тока, вращающиеся преобразователи, электромашинные усилители, универсальные коллекторные двигатели, синхронные реактивные и гистерезисные двигатели, асинхронные двигатели, сельсины и вращающиеся трансформаторы в диапазоне мощностей от долей ватта до нескольких сотен ватт. Так, например, для привода механизма электрических часов применяют сверхминиатюрные реактивные электродвигатели мощностью порядка нескольких долей ватта. Эти двигатели строят как для скорости вращения 3000 об/мин и ниже при частоте 50 гц, так и для сверхвысоких скоростей, достигающих 40 000 об/мин при повышенных частотах. Так, для привода часового механизма встречаются реактивные двигатели, делающие 1 об/ч, но вместе с этим имеются малые реактивные двигатели для шлифовального инструмента в часовой промышленности на 42 000 об/мин при питании их от источника переменного тока частотой 700 гц.
Применяются также сверхвысокоскоростные синхронные двигатели для гироскопов на скорости вращения 24ОООч-ЗО000об/мин при частотах 400-500 гц.
Наименьшая мощностью применяемых и строящихся в настоящее время электродвигателей постоянного тока достигает величины порядка нескольких десятых долей ватта при скоростях вращения до 10000-И5000 об/мин. Имеются двигатели постоянного тока и на более высокие скорости порядка 20 000-=-25 000 об/мин. Наименьшая скорость вращения, на которую еще рационально строить эти двигатели, составляет примерно 2000 об/мин.
Универсальные коллекторные электродвигатели, работающие как от сети .постоянного тока, так и сети переменного тока, строятся примерно на те же скорости вращения и минимальные мощности, как и электродвигатели постоянного тока. Однако в некоторых случаях при малых мощностях среди них встречаются также и сверхвысокоскоростные двигатели. Так, например, для привода мелкого шлифовального инструмента в часовой промышленности применяются универсальные коллекторные двигатели мощностью около одного ватта при 30 000 - 40 000 об/мин.
Минимальная мощность построенных асинхронных двигателей достигает порядка нескольких долей ватта на 2000 - 2500 об/мин при частоте 50 гц, но имеются так называемые малоинерционные управляемые асинхронные двигатели с тонкостенным немагнитным полым ротором, а также с беличьей клеткой на 8000 - 12 000 об/мин и выше при частоте 400 гц.
Встречаются также сверхвысокоскоростные асинхронные двигатели для гироскопов на скорости вращения 20 000- - 60 000 об/мин при питании от источника переменного тока с частотой 400 - 1200 гц и асинхронные двигатели малой мощности для внутришлифовальных станков на скорости вращения до 120000 - 180000 об/мин при частотах питания до 2000 - 3000 гц.
Наконец, в синхронно-следящих системах, счетно-решающих приборах и некоторых других устройствах щироко применяются маломощные сельсины, представляющие собой в принципе асинхронные или синхронные машины, и так называемые вращающиеся трансформаторы, выполняемые конструктивно также по типу асинхронных машин с фазным ротором и контактными кольцами.
Скачать книгу "Электрические машины малой мощности". Москва, Издательство Высшая школа, 1967
|
