26-07-2023
Комплексная наука • | |
Электромеханика |
|
Предмет изучения |
электрические машины, трансформаторы, электромеханические комплексы и системы. |
Период зарождения |
конец XIX века |
Основные направления |
Проектирование электрических машин; Общая теория электромеханического преобразования энергии; Анализ переходных процессов в электрических машинах. |
Вспомогат. дисциплины |
Механика, электродинамика, теоретические основы электротехники, электрические аппараты. |
Центры исследований |
|
Значительные учёные |
Э. Арнольд, Р. Рихтер, Р. Парк, Р. А. Лютер, А. И. Важнов, А. В. Иванов-Смоленский, Л. М. Пиотровский, Д. А. Завалишин, А. И. Вольдек, И. П. Копылов |
Электромеха́ника — раздел электротехники, в котором рассматриваются общие принципы электромеханического преобразования электрической энергии[1][2] и их практическое применение для проектирования и эксплуатации электрических машин[3].
Предметом электромеханики является «управление режимами работы и регулирование параметров обратимого преобразования различных видов электрической и механической энергии» (то есть, преобразование электрической энергии в механическую и механической — в электрическую), включая генерирование и трансформацию электрической энергии[4].
В соответствии с общероссийским классификатором специальностей по образованию электромеханика является специальностью высшего профессионального образования, подготовка по которой осуществляется в рамках направления 140600 — «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»[5][6].
Одной из первых работ по электромеханике является работа, посвящённая теории и проектированию обмоток электрических машин постоянного тока, которая была опубликована в 1891 году швейцарским учёным Энгельбертом Арнольдом[7].
В первые три десятилетия XX в. в трудах Э. Арнольда, А. Блонделя, М. Видмара, Л. Дрейфуса, М. П. Костенко, К. А. Круга и В. А. Толвинского была разработана теория установившихся режимов электрических машин.
В 1895 г. А. Блондель предложил метод двух реакций для анализа синхронных машин.
В 1929 г. Р. Парк[en], используя метод двух реакций, вывел дифференциальные уравнения синхронной машины, названные его именем.
В 1938—1942 гг. Г. Крон создал обобщенную теорию электрических машин (дифференциальные уравнения идеализированной обобщенной электрической машины) и разработал методы тензорного и матричного анализов электрических цепей и машин.
В 1963 г. И. П. Копылов предложил математическую модель обобщенного электромеханического преобразователя для несинусоидального магнитного поля в воздушном зазоре, применимую для симметричных и несимметричных электрических машин с любым числом фаз обмоток статора и ротора и учитывающую нелинейность изменения их параметров.
Академик А. Г. Иосифьян дал общее определение электромеханики: «Электромеханика — наука о движении и взаимодействии вещественных инерциальных макроскопических и микроскопических тел, связанных с электрическими и магнитными полями»[8]. Учитывая то, что для приведения покоящегося тела в движение требуется действие силы, определение, данное Иосифьяном А. Г., может быть приведено к следующей форме: «Электромеханика — обобщенное учение о силах, действующих в электромагнитном поле и о проблемах, связанных с проявлением этих сил»[9].
В зарубежных источниках встречается следующее определение: «Электромеханика — технология, рассматривающая вопросы, связанные с электромеханическими компонентами, устройствами, оборудованием, системами или процессами»[10], где под электромеханическими компонентами подразумеваются электрические машины.
Как правило, под законами электромеханики подразумевают следующие законы электродинамики, необходимые для анализа процессов и проектирования электромеханических преобразователей[11].
1. Закон электромагнитной индукции Фарадея:
где — ЭДС, — магнитный поток, — магнитная индукция в данной точке поля, — активная длина проводника в пределах равномерного магнитного поля с индукцией , расположенного в плоскости, перпендикулярной к направлению магнитных силовых линий, — скорость проводника в плоскости, нормальной к , в направлении, перпендикулярном к .
2. Закон полного тока для магнитной цепи (1-ое уравнение Максвелла в интегральной форме):
где — вектор напряженности магнитного поля, — элементарное перемещение вдоль некоторого пути в магнитном поле, — величина полного тока, который охватывается контуром интегрирования.
3. Закон электромагнитных сил (закон Ампера).
Профессор МЭИ Копылов И. П. сформулировал три общих закона электромеханики[12]:
где — диаметр ротора, — длина ротора, — синхронная скорость вращения ротора в об/мин (равная скорости вращения первой гармоники МДС обмотки статора), — мощность электрической машины в кВт, — коэффициент мощности, — обмоточный коэффициент, учитывающий влияние распределения обмотки в пазах и влияние укорочения шага обмотки, — амплитуда нормальной составляющей магнитной индукции в зазоре машины, — «линейная нагрузка», равная числу амперпроводников, приходящихся на 1 погонный сантиметр длины окружности статора. Правая часть основного уравнения для данного (известного) типа машины изменяются в сравнительно узких пределах и называется «машинной постоянной» или постоянной Арнольда
где — число фаз обмотки статора, — число пар полюсов, — действующее значение напряжения статора, — частота тока статора, — активное сопротивление ротора, приведённое к статору, — активное сопротивление фазной обмотки статора, — индуктивное сопротивление короткого замыкания, приблизительно равное сумме индуктивности рассеяния статора и приведённой к статору индуктивности рассеяния ротора .
где — ЭДС, индуктируемая в обмотке статора потоком ротора, — угол нагрузки (угол сдвига фаз между ЭДС и напряжением статора), — продольное и поперечное синхронные индуктивные сопротивления обмотки статора.
В соответствии с ГОСТом[4], определяющим содержание подготовки выпускников вузов по специальности "Электромеханика, " в электромеханике рассматриваются следующие вопросы:
Учебники по электромеханике содержат такие темы как[11]:
Электромеханика.