Электрические машины и их роль в энергетике
Основной источник электрической энергии в стране представляют электрические станции с агрегатами, преобразующими тепловую или гидроэнергию в энергию электрическую. В состав агрегата входят первичный двигатель и электрический генератор, то есть электрическая машина, преобразующая подводимую к ней механическую энергию в электрическую.
Основу советской энергетики составляют тепловые электрические станции (ТЭС), использующие химическое топливо (уголь, мазут, природный газ, торф, сланцы и др.).
Большие работы ведутся и по развитию атомной энергетики. Первая в мире атомная электростанция (АЭС) мощностью 5000 кет в 1954 г. вступила в действие именно в нашей стране.
В агрегатах современных электрических станций приводными двигателями служат паровые турбины, дизели, гидротурбины; ведутся работы по газотурбинам. Агрегаты соответственно называются турбогенераторами, дизельгенераторами, гидрогенераторами.
Наряду с дальнейшим совершенствованием крупных паротурбинных установок — агрегатов и станций в целом — ведутся поиски новых путей высокоэкономичного производства электроэнергии. Один из них, особенно перспективный для создания мощных электростанций, — это магнитогидродинамический метод прямого преобразования тепла в электрическую энергию. Он основан на использовании ионизированного электропроводного газа, так называемой низкотемпературной плазмы. Для получения ионизированной плазмы нужны высокотемпературный источник (с температурой 2000—2500° и выше) и устройства, способные удерживать плазму (рис. 1).
При течении газа во внешнем магнитном поле в нем наводится электродвижущая сила (э.д.с.) аналогично тому, как это происходит в электрической машине при движении проводника, пересекающего силовые линии магнитного поля. При замыкании электродов, помещенных в канале магнито-гидродинамического генератора (МГДГ), на внешнюю цепь возникает электрический ток постоянного направления.
При получении электрической энергии с помощью МГД-генераторов отпадает необходимость в котлах, в которых образуется пар, паровых турбинах, вращающихся с большими скоростями электромеханических системах. Коэффициент полезного действия мощных электростанций с МГД-генераторами может достигать50—55%, коэффициент же полезного действия крупных паросиловых установок составляет около 40% при отсутствии реальных возможностей его дальнейшего значительного повышения.
Хотя идея МГД-генератора проста, практическое ее осуществление требует решения сложного комплекса физических и технических задач, связанных с получением газа с высокой электрической проводимостью, созданием жаростойких и тугоплавких материалов, сильных магнитных полей и т. д.
Рис. 1. Схема МГД-генератора.
На фабриках и заводах, механизированном транспорте, в современном сельском хозяйстве применяются самые разнообразные производственные механизмы (рабочие машины).
«Всякая развитая совокупность машин состоит из трех основных частей: двигателя, передаточного механизма и исполнительного механизма или рабочей машины». Первые две части служат для приведения в движение рабочей машины и их объединяют общим названием — привод.
Электрический привод стал возможным после того, как в России академик Б. С. Якоби в 1834 г. создал электродвигатель постоянного тока с вращательным движением. Электродвигатель — это электрическая машина, преобразующая подведенную к пей электрическую энергию в механическую.
Внедрение электропривода в производство началось в конце прошлого столетия, когда появились электрические станции, и после того, как в 1891 г. русский инженер М. О. Доливо-Добровольский дал миру систему трехфазного тока и трехфазный асинхронный двигатель (1889 г.). Несомненные экономические преимущества централизованного производства электрической энергии и простота ее распределения, дробимость электрической мощности практически до любых пределов позволили электрическому двигателю, постепенно вытесняя другие виды двигателей (эта борьба длилась более полувека), занять первое место во всех отраслях хозяйства.
В системе передачи электрической энергии от электростанции к потребителю необходимым элементом являются трансформаторы. Передача большой мощности на расстояния, особенно на дальние, практически может быть осуществлена только при относительно небольшом значении тока и, следовательно, при высоком напряжении. Трансформатор представляет собой устройство (аппарат), которое служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения.
Из изложенного следует, что электрические машины представляют собой основной элемент электроэнергетических установок. Они используются как основные источники электрической энергии (генераторы) и как двигатели для приведения в движение рабочих механизмов на заводах, фабриках, в сельском хозяйстве, на строительных работах и т. д. В электрических сетях, связывающих электрические станции и потребителей электрической энергии, установлены трансформаторы.
Трансформатор, строго говоря, не является электрической машиной, поскольку не имеет движущихся частей, наличие которых характерно для всякой машины, как разновидности механизма. Но поскольку электромагнитные процессы, протекающие в трансформаторах, аналогичны таким процессам в электрических машинах, основные соотношения, характеризующие рабочий процесс трансформатора, применимы и к электрическим машинам, а теория бесколлекторных асинхронных машин может быть сведена к теории трансформатора, трансформаторы изучаются вместе с электрическими машинами.
