Elektrisk roterende maskine - en elektrisk enhed designet til at konvertere energi baseret på elektromagnetisk induktion og interaktionen af et magnetfelt med en elektrisk strøm, der indeholder mindst to dele involveret i hovedkonverteringsprocessen og har evnen til at rotere eller dreje i forhold til hinanden , på grund af hvilket og konverteringsprocessen finder sted. [en]
Muligheden for at skabe en elektrisk maskine som en elektromekanisk konverter er baseret på elektromagnetisk interaktion , som udføres ved hjælp af en elektrisk strøm og et magnetfelt . En elektrisk maskine, hvor elektromagnetisk vekselvirkning udføres ved hjælp af et magnetfelt, kaldes induktiv , og hvori den ved hjælp af en elektrisk er kapacitiv . Kapacitive maskiner bruges praktisk talt ikke, da med luftens endelige ledningsevne (i nærvær af fugt) forsvinder ladningerne fra den aktive zone af den elektriske maskine ned i jorden.
De to vigtigste strukturelle elementer i enhver elektrisk roterende maskine er: rotoren er den roterende del; stator - fast del; samt en luftspalte, der adskiller dem.
Roterende elektriske maskiner kan klassificeres efter forskellige parametre, herunder: efter funktionelt formål, efter karakteren af det magnetiske felt i hovedluftgabet, efter excitationsmetoden, efter typen af kontaktforbindelser af viklingerne, efter muligheden for ændring af omdrejningsretningen, af arten af ændringen i rotationshastigheden, efter type strøm. [2]
Denne klassifikation antager det primære funktionelle formål med maskinen i kraftoverførselssystemet som hovedkriteriet. [3]
Elektrisk maskingenerator en roterende elektrisk maskine designet til at omdanne mekanisk energi til elektrisk energi. Roterende elmotor en roterende elektrisk maskine designet til at omdanne elektrisk energi til mekanisk energi. Elektrisk maskine konverter en roterende elektrisk maskine designet til at ændre parametrene for elektrisk energi (type strøm, spænding, frekvens, antal faser, spændingsfaser). Elektromaskine kompensator en roterende elektrisk maskine designet til at generere eller forbruge reaktiv effekt. Elektromaskinekobling en roterende elektrisk maskine designet til at overføre mekanisk energi fra en aksel til en anden. Elektrisk maskinbremse en roterende elektrisk maskine designet til at generere et bremsemoment. Information elektrisk maskine en roterende elektrisk maskine designet til at generere elektriske signaler, der karakteriserer rotorens rotationshastighed eller dens vinkelposition, eller til at konvertere et elektrisk signal til den tilsvarende vinkelposition af rotorenI forbindelse med denne klassifikation er den mest kendte og udbredte gruppe af roterende elektriske maskiner elektriske maskingeneratorer (eller blot "strømgeneratorer") og roterende elektriske motorer (eller blot "elektriske motorer"), der anvendes inden for næsten alle teknologiområder , og deres design er normalt sådan, at for dem reversibilitetsprincippet , når den samme maskine kan fungere både som en strømgenerator og som en elektrisk motor.
Hoved:
Ikke grundlæggende:
En elektrisk maskine er i de fleste tilfælde en elektrisk motor .
En raffineret beregning af ydeevneegenskaberne og brugen af eksisterende optimeringsprogrammer gør det muligt at opnå et meget perfekt design allerede på maskinens designstadium. Følgende metoder til matematisk modellering af elektriske maskiner er mest almindelige:
Analysemetoder er baseret på løsning af ligninger, der omfatter størrelser som magnetiske fluxer, spændinger og strømme. I undersøgelsen af asynkrone maskiner er beregningen af det ækvivalente kredsløb af en fase blevet udbredt. Denne tilgang bruges normalt til beregning af steady-state-forhold og sjældnere til beregning af transienter. Ved brug af analytiske metoder er følgende antagelser gjort:
Fejlen i analytiske beregninger kan nå 15-20% og mere.
Numeriske metoder er blevet meget brugt i de senere år i forbindelse med den hastige udvikling af computere og computerteknologi. Moderne computerprogrammer gør det muligt at løse ikke kun todimensionelle, men også tredimensionelle problemer. Normalt involverer numeriske metoder brugen af beregningsgitter af forskellige former, der repræsenterer problemområdet, og jo højere nøjagtigheden af modellen er, jo større er antallet af gitterknudepunkter. Der er modeller baseret på finite difference-metoden (FDM), som bruger ortogonale gitter, og modeller baseret på finite element-metoden (FEM), hvor grid noder kan fordeles mere rationelt. Fordelen ved numeriske metoder er, at de ikke kun giver mulighed for at forbedre nøjagtigheden af at løse et feltproblem, men også at tage hensyn til faktorer som mætning af maskinens magnetiske kredsløb, strømforskydning i ledere og kompleksiteten af mediegrænser.
Ved beregning af magnetiske felter, under hensyntagen til ikke-lineariteten af mediernes egenskaber ved numeriske metoder, bruges Newton-Raphson iterative metode normalt . Samtidig har koefficientmatricerne ved anvendelse af finite element-metoden en båndstruktur, som reducerer antallet af operationer.
Moderne programmer baseret på finite element-metoden gør det muligt at beregne EMF og strømme af statoren og rotorviklingerne, tage hensyn til rotorens rotation i forhold til statoren, gearingen af kernerne, mætning af stål, induktionen af hvirvelstrømme i massive strukturelle elementer, den komplekse karakter af fordelingen af magnetfeltet i mellemrummet. Derudover giver moderne finite element-programmer dig mulighed for at beregne tredimensionelle (tredimensionelle) strukturer. Nøjagtigheden af beregninger ved hjælp af programmer med endelige elementer er gentagne gange blevet bekræftet af eksperimentelle undersøgelser. Jo mere kompleks maskinen, der modelleres, jo længere tid tager beregningsprocessen. Beregningen af driftstilstandene for asynkrone maskiner har også den egenskab, at frekvensen af de strømme, der induceres i rotoren, er relativt lille. Hvis de transiente processer beregnes ved hjælp af metoden til numerisk integration af et system af differentialligninger, som kræver opdeling af hele det betragtede tidsinterval i tilstrækkeligt små trin, kan den tid, der bruges på beregninger, være betydelig.
For at reducere tid og bevare nøjagtigheden er der dukket andre metoder op. Sådanne tilgange anvender som regel flere metoder samtidigt, det vil sige, at de er kombinerede metoder.
Disse metoder omfatter især metoder baseret på beregning af ækvivalente ækvivalente kredsløb af magnetiske kredsløb, dvs. på diskretisering af et elektromagnetisk system i form af en strømning. Det antages, at magnetfeltet består af et vist antal magnetrør med variabelt tværsnit. Inden for hvert rør er flowet konstant, og alle feltlinjer er strengt parallelle med rørvæggene. Denne tilgang til oprettelse af ækvivalente kredsløb er kun berettiget for de ferromagnetiske sektioner af kernerne; for luftgabet kan den anvendes med nogle antagelser. Det er vanskeligt at bestemme formen, retningen og antallet af feltrør i denne del af maskinen, især hvis man tager hensyn til kernernes indbyrdes bevægelse Studer Ohms lov
Der er metoder til korrekt at gengive feltet i luftspalten. Disse er metoderne til tandede konturer og ækvivalente ledningsevner af luftspalten.
I metoden med ækvivalente ledningsevner findes de magnetiske ledningsevner af luftgabet som produktet af partielle ledningsevner fundet med en- og tosidet fortanding af kernerne.
En mere universel metode til beregning af elektriske maskiner er MZK. MZK, der oprindeligt blev udviklet til beregning af hydrogeneratorer, blev derefter generaliseret og anvendt til beregning af forskellige typer elektriske maskiner, herunder asynkrone maskiner med en egern-burrotor.
I disse værker udtrykkes fluxforbindelsen af viklingerne på en elektrisk maskine gennem de induktive parametre for de tandede konturer dannet af strømme, der ligger i bunden af rillerne eller koncentreret på rillernes vægge. Denne repræsentation af feltkilderne gør det muligt at bruge teorien om det skalarmagnetiske potentiale, hvilket i høj grad forenkler beregningerne.
Ideen med MZK er at repræsentere feltet i luftgabet i en elektrisk maskine som summen af felterne af de såkaldte tandkonturer. Denne metode gør det muligt at udføre en detaljeret analyse af magnetfeltet i et separat gearkredsløb og bestemme den magnetiske ledningsevne i luftgabet under hensyntagen til den bilaterale gearing af statoren og rotoren, den gensidige bevægelse af kernerne samt den faktiske form af strømmen eller spændingen af ankerviklingen.