Mașină electrică rotativă - un dispozitiv electric conceput pentru a converti energia pe baza inducției electromagnetice și a interacțiunii unui câmp magnetic cu un curent electric, care conține cel puțin două părți implicate în procesul principal de conversie și având capacitatea de a se roti sau de a se întoarce unul față de celălalt , datorită căruia are loc procesul de conversie. [unu]
Posibilitatea de a crea o mașină electrică ca convertor electromecanic se bazează pe interacțiunea electromagnetică , care se realizează prin intermediul unui curent electric și a unui câmp magnetic . O maşină electrică în care interacţiunea electromagnetică se realizează cu ajutorul unui câmp magnetic se numeşte inductivă , iar în care cu ajutorul unuia electric este capacitivă . Mașinile capacitive practic nu sunt utilizate, deoarece cu conductivitate finită a aerului (în prezența umidității), sarcinile vor dispărea din zona activă a mașinii electrice în pământ.
Cele două elemente structurale principale ale oricăror mașini electrice rotative sunt: rotorul este partea rotativă; stator - parte fixă; precum şi un spaţiu de aer care le separă.
Mașinile electrice rotative pot fi clasificate în funcție de diverși parametri, printre care: după scopul funcțional, după natura câmpului magnetic din întrefierul principal, după metoda de excitare, după tipul de conexiuni de contact ale înfășurărilor, după posibilitatea de schimbarea sensului de rotație, după natura schimbării vitezei de rotație, după tipul de curent. [2]
Această clasificare presupune ca principal criteriu scopul funcțional principal al mașinii în sistemul de transmisie a puterii. [3]
Generator de mașini electrice o mașină electrică rotativă concepută pentru a transforma energia mecanică în energie electrică. Motor electric rotativ o mașină electrică rotativă concepută pentru a transforma energia electrică în energie mecanică. Convertor mașină electrică o mașină electrică rotativă concepută pentru a modifica parametrii energiei electrice (tip de curent, tensiune, frecvență, număr de faze, faze de tensiune). Compensator electromașină o mașină electrică rotativă concepută pentru a genera sau consuma putere reactivă. Ambreiaj electromașină o mașină electrică rotativă concepută pentru a transfera energie mecanică de la un arbore la altul. Frână electrică a mașinii o mașină electrică rotativă concepută pentru a genera un cuplu de frânare. Informații mașină electrică o mașină electrică rotativă concepută pentru a genera semnale electrice care caracterizează viteza de rotație a rotorului sau poziția sa unghiulară sau pentru a converti un semnal electric în poziția unghiulară corespunzătoare a rotoruluiÎn contextul acestei clasificări, cel mai cunoscut și răspândit grup de mașini electrice rotative sunt generatoarele de mașini electrice (sau pur și simplu „generatoare de curent”) și motoarele electrice rotative (sau pur și simplu „motoare electrice”) utilizate în aproape toate domeniile tehnologiei. , iar proiectarea lor este de obicei astfel încât pentru ei principiul reversibilității , când aceeași mașină poate acționa atât ca generator de curent, cât și ca motor electric.
Principal:
Nu de bază:
O mașină electrică este în majoritatea cazurilor un motor electric .
Un calcul rafinat al caracteristicilor de performanță și utilizarea programelor de optimizare existente fac posibilă obținerea unui design foarte perfect deja în faza de proiectare a mașinii. Următoarele metode de modelare matematică a mașinilor electrice sunt cele mai comune:
Metodele analitice se bazează pe rezolvarea ecuațiilor care includ mărimi precum fluxurile magnetice, tensiunile și curenții. În studiul mașinilor asincrone, calculul circuitului echivalent al unei faze a devenit larg răspândit. Această abordare este de obicei utilizată în calculul condițiilor de stare staționară și mai rar pentru calculul tranzitorilor. Atunci când se utilizează metode analitice, se fac următoarele ipoteze:
Eroarea calculelor analitice poate ajunge la 15-20% și mai mult.
Metodele numerice au devenit utilizate pe scară largă în ultimii ani în legătură cu dezvoltarea rapidă a computerelor și a tehnologiei informatice. Programele de calculator moderne permit rezolvarea problemelor nu numai bidimensionale, ci și tridimensionale. De obicei, metodele numerice presupun utilizarea de grile de calcul de diferite forme reprezentând zona problemei, iar cu cât este mai mare acuratețea modelului, cu atât este mai mare numărul de noduri ale grilei. Există modele bazate pe metoda diferențelor finite (FDM), care utilizează grile ortogonale, și modele bazate pe metoda elementelor finite (FEM), în care nodurile grilei pot fi distribuite mai rațional. Avantajul metodelor numerice este că permit nu numai îmbunătățirea preciziei rezolvării unei probleme de câmp, ci și luarea în considerare a factorilor precum saturația circuitului magnetic al mașinii, deplasarea curentului în conductori și complexitatea limitelor mediilor.
La calcularea câmpurilor magnetice, ținând cont de neliniaritatea proprietăților mediilor prin metode numerice, se utilizează de obicei metoda iterativă Newton-Raphson . În același timp, la utilizarea metodei elementelor finite, matricele de coeficienți au o structură de bandă, ceea ce reduce numărul de operații.
Programele moderne bazate pe metoda elementelor finite fac posibilă calcularea EMF și a curenților înfășurărilor statorului și rotorului, iau în considerare rotația rotorului în raport cu statorul, angrenarea miezurilor, saturația oțelului, inducția. a curenților turbionari în elementele structurale masive, natura complexă a distribuției câmpului magnetic în gol. În plus, programele moderne cu elemente finite vă permit să calculați structuri tridimensionale (tridimensionale). Acuratețea calculelor folosind programe cu elemente finite a fost confirmată în mod repetat de studii experimentale. Cu cât mașina modelată este mai complexă, cu atât procesul de calcul durează mai mult. Calculul modurilor de funcționare a mașinilor asincrone are și caracteristica că frecvența curenților induși în rotor este relativ mică. Dacă procesele tranzitorii sunt calculate prin metoda integrării numerice a unui sistem de ecuații diferențiale, care necesită împărțirea întregului interval de timp considerat în pași suficient de mici, timpul alocat calculelor poate fi semnificativ.
Pentru a reduce timpul și a menține acuratețea, au apărut și alte metode. Astfel de abordări, de regulă, aplică mai multe metode simultan, adică sunt metode combinate.
Aceste metode includ, în special, metode bazate pe calculul circuitelor echivalente echivalente ale circuitelor magnetice, adică pe discretizarea unui sistem electromagnetic sub formă de flux. Se presupune că câmpul magnetic este format dintr-un anumit număr de tuburi magnetice cu secțiune transversală variabilă. În fiecare tub, debitul este constant și toate liniile de câmp sunt strict paralele cu pereții tubului. Această abordare a creării de circuite echivalente este justificată doar pentru secțiunile feromagnetice ale miezurilor; pentru întrefier, se poate aplica cu unele ipoteze. Este dificil de determinat forma, direcția și numărul tuburilor de câmp din această parte a mașinii, mai ales dacă țineți cont de mișcarea reciprocă a miezurilor Studiați legea lui Ohm
Există metode de reproducere corectă a câmpului în spațiul de aer. Acestea sunt metodele de contururi dintate și conductivități echivalente ale spațiului de aer.
În metoda conductivităților echivalente, conductivitățile magnetice ale spațiului de aer se găsesc ca produsul conductivităților parțiale găsite cu dantura unilaterală și ambele fețe a miezurilor.
O metodă mai universală pentru calcularea mașinilor electrice este MZK. MZK, dezvoltat inițial pentru calcularea hidrogeneratoarelor, a fost apoi generalizat și aplicat la calculul diferitelor tipuri de mașini electrice, inclusiv mașini asincrone cu rotor cu colivie.
În aceste lucrări, legătura de flux a înfășurărilor unei mașini electrice este exprimată prin parametrii inductivi ai contururilor dințate formate de curenți care se află în partea inferioară a șanțurilor sau concentrați pe pereții șanțurilor. Această reprezentare a surselor de câmp face posibilă utilizarea teoriei potențialului magnetic scalar, ceea ce simplifică foarte mult calculele.
Ideea MZK este de a reprezenta câmpul din spațiul de aer al unei mașini electrice ca suma câmpurilor așa-numitelor contururi ale dintelui. Această metodă permite să se efectueze o analiză detaliată a câmpului magnetic al unui circuit separat al angrenajului și să se determine conductivitatea magnetică în spațiul de aer, ținând cont de angrenarea bilaterală a statorului și rotorului, mișcarea reciprocă a miezurilor, precum și forma reală a curentului sau tensiunii înfășurării armăturii.