1. Электрические машины

1.1. Общие сведения

Электрическая энергия обладает большим преимуществом по сравнению с другими видами энергии: её можно передавать на большие расстояния, удобно распределять между потребителями, сравнительно просто и с высоким КПД преобразовывать в другие виды энергии. Процессом преобразования электрической энергии легко управлять и при этом автоматически получать необходимые характеристики преобразованной энергии.

В происходящем научно-техническом прогрессе важная роль принадлежит электрификации промышленности, транспорта, сельского хозяйства и быта. Развитие электрификации требует широкого применения и совершенствования разнообразного электротехнического оборудования. Одним из основных видов этого оборудования являются электрические машины.

Преобразование механической энергии в электрическую в настоящее время осуществляется с помощью электрических генераторов. Как правило, электростанции удалены от места потребления электрической энергии на значительное расстояние и связываются с потребителями и между собой линиями передачи высокого напряжения 500-800 кВ. Напряжение генераторов обычно не превышает 15-20 кВ, поэтому между генераторами и линией передачи устанавливаются преобразователи электрической энергии переменного тока - трансформаторы. После передачи электрической энергии в район потребления она распределяется при напряжении 6000, 3000, 500, 380 и 220 В. Понижение напряжения (чаще всего в несколько ступеней) производится также с помощью трансформаторов.

Трансформатор является электромагнитным аппаратом, не имеющим вращающихся частей. Преобразование энергии в трансформаторах и во вращающихся машинах происходит по одним и тем же законам электротехники, поэтому рабочие процессы в тех и других имеют много общего и изучаются они в общем курсе электрических машин и трансформаторов.

Около 70% всей электрической энергии на месте потребления преобразуется в механическую энергию с помощью электродвигателей, предназначенных для электропривода различных машин и механизмов. Практическая возможность и технико-экономическая целесообразность изготовления электродвигателей небольшой мощности позволила создать одиночный электропривод, при котором значительно облегчается подвод механической энергии к станкам, особенно при большой площади цеха. Одним из современных способов подвода механической энергии является многодвигательный привод, когда ряд звеньев сложной машины приводится в движение отдельными электродвигателями. В некоторых случаях рабочее звено и электродвигатель объединяются таким образом, что промежуточное звено (передача) исключается, а вращающаяся часть машины является продолжением ротора электродвигателя.

Применение электрических машин и трансформаторов в народном хозяйстве не ограничивается перечисленными областями производства электрической энергии, передачи её и преобразования в механическую. В автоматическом управлении и регулировании электрические машины часто используются для получения информации о состоянии системы или для преобразования сигнала управления. В качестве элементов схем автоматики применяются специальные электрические машины: усилители – для усиления электрического сигнала, тахогенераторы – для получения электрической информации о скорости вращения вала, вращающиеся трансформаторы – для получения электрического сигнала, пропорционального углу поворота вала или тригонометрической функции этого угла, сельсины – для согласованного поворота (вращения) двух или нескольких валов, управляемые двигатели – для преобразования электрического сигнала в механическую энергию, шаговые двигатели – для преобразования сигнала в поворот вала на фиксированный угол.