Электрические машины переменного тока


СОДЕРЖАНИЕ:

Принцип работы электрической машины переменного тока

Даже не знаю что тут написать можно, т.к. данная лекция у меня пропущена=)

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя

При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле*, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой.

Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.

На рис.1. показана принципиальная схема двухполюсной машины — по четыре паза на каждую фазу. При питании обмоток статора от трехфазной сети получается вращающееся поле, так как токи в фазах обмотки, которые смещены в пространстве на 120° друг относительно друга сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°.

Для синхронной частоты вращения nc поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f: nc=f/p При частоте 50 Гц получаем для р = 1, 2, 3 (двух-, четырех- и шести полюсных машин) синхронные частоты вращения поля nc = 3000, 1500 и 1000 об/мин.

Ротор асинхронного электродвигателя также состоит из листов электротехнической стали и может быть выполнен в виде короткозамкнутого ротора (с беличьей клеткой) или ротора с контактными кольцами (фазный ротор).

В короткозамкнутом роторе обмотка состоит из металлических стержней (медь, бронза или алюминий), которые расположены в пазах и соединяются на концах закорачивающими кольцами (рис. 1). Соединение осуществляется методом пайки твердым припоем или сваркой. В случае применения алюминия или алюминиевых сплавов стержни ротора и заколачивающие кольца, включая лопасти вентилятора, расположенные на них, изготавливаются методом литья под давлением.

У ротора электродвигателя с контактными кольцами в пазах находится трехфазная обмотка, похожая на обмотку статора, включенную, например, звездой; начала фаз соединяются с тремя контактными кольцами, закрепленными на валу. При пуске двигателя и для регулировки частоты вращения можно подключить к фазам обмотки ротора реостаты (через контактные кольца и щетки). После успешного разбега контактные кольца замыкаются накоротко, так что обмотка ротора двигателя выполняет те же самые функции, что и в случае короткозамкнутого ротора.

* Магнитное поле катушки с синусоидальным током

При пропускании по обмотке катушки синусоидального тока она создает магнитное поле, вектор индукции которого изменяется (пульсирует) вдоль этой катушки также по синусоидальному закону Мгновенная ориентация вектора магнитной индукции в пространстве зависит от намотки катушки и мгновенного направления тока в ней и определяется по правилу правого буравчика. Так для случая, показанного на рис. 1, вектор магнитной индукции направлен по оси катушки вверх. Через полпериода, когда при том же модуле ток изменит свой знак на противоположный, вектор магнитной индукции при той же абсолютной величине поменяет свою ориентацию в пространстве на 180 0 . С учетом вышесказанного магнитное поле катушки с синусоидальным током называют пульсирующим.

Круговое вращающееся магнитное поле двух- и трехфазной обмоток

Круговым вращающимся магнитным полем называется поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается в пространстве с постоянной угловой частотой.

Для создания кругового вращающегося поля необходимо выполнение двух условий:

Оси катушек должны быть сдвинуты в пространстве друг относительно друга на определенный угол (для двухфазной системы – на 90 0 , для трехфазной – на 120 0 ).

Токи, питающие катушки, должны быть сдвинуты по фазе соответственно пространственному смещению катушек.

Рассмотрим получение кругового вращающегося магнитного поля в случае двухфазной системы Тесла (рис. 2,а).

При пропускании через катушки гармонических токов каждая из них в соответствии с вышесказанным будет создавать пульсирующее магнитное поле. Векторы и , характеризующие эти поля, направлены вдоль осей соответствующих катушек, а их амплитуды изменяются также по гармоническому закону. Если ток в катушке В отстает от тока в катушке А на 90 0 (см. рис. 2,б), то .

Найдем проекции результирующего вектора магнитной индукции на оси x и y декартовой системы координат, связанной с осями катушек:

В общем там дальше вывод еще формул и рассмотрение для 3х фазного если интересно то вот ссылка http://www.ups-info.ru/for_partners/library/teoreticheskie_osnove_ilektrotehniki_dlya_ibp_ups_/vrashchayushcheesya_magnitnoe_pole_printsip_deystv/

Дата добавления: 2015-04-21 ; просмотров: 9 ; Нарушение авторских прав

Электрические машины переменного тока

Тема 7

Электрические машины переменного тока

Трёхфазный асинхронный электродвигатель

С короткозамкнутым ротором

Устройство и принцип действия

Трёхфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором имеет две основные части – статор и ротор, отделённые друг от друга минимальным воздушным зазором.

Статор (неподвижная часть) электродвигателя представляет собой
полый коаксиальный цилиндр, набранный из листов электротехнической стали.
В его пазы уложены три обмотки (три катушки индуктивности), выполненные из провода одного сечения и одинакового материала (как правило, меди) и сдвинутые в пространстве на угол 120° (то есть являются симметричными). Они называются
фазными обмотками или фазами электродвигателя. Начала (С1, С2, С3) и концы (С4, С5, С6) фаз электродвигателя (то есть обмотки статора) выводят на клемную
коробку. Назначение статора – создание магнитного поля в асинхронном электродвигателе.

Ротор (вращающаяся часть) представляет собой цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, в пазы которого залита обмотка. Проводники (стержни) обмотки ротора имеют одинаковое сечение, выполнены из одинакового материала (как правило, алюминия) и замкнуты накоротко с помощью колец. Магнитопровод ротора крепится на валу с вентилятором (для охлаждения) и подшипниками, которые запрессовывают в подшипниковые щиты, крепящиеся к корпусу электродвигателя. Назначение ротора – приведение в движение рабочей машины.

Принцип действия асинхронного электродвигателя рассмотрим на следующем примере (рис.7.1):
между полюсами постоянного магнита на оси расположена короткозамкнутая рамка. Если вращать магниты вокруг оси рамки со скоростью n, то магнитный поток, пронизывающий рамку, будет изменяться во времени по
синусоидальному закону. В результате будет наблюдаться явление электромагнитной индукции и в рамке наведётся электродвижущая сила. Под действием э.д.с. в рамке будет протекать электрический ток, а так как рамка находится в магнитном поле, то будет наблюдаться явление электромагнитной силы и возникнет вращающий момент, действующий на рамку. В результате рамка начнёт вращаться.

По мере ускорения вращения рамки скорость вращения магнитного поля
относительно неё будет уменьшаться и может наступить такой момент, когда
скорость вращения рамки приблизится к скорости вращения магнитного поля.
В этом случае значительно уменьшатся электродвижущая сила, наводимая в рамке, сила тока в рамке и вращающий момент. Если этот момент будет меньше момента сопротивления вращению рамки, то рамка начнёт притормаживаться. В результате чего увеличатся э.д.с., сила тока и вращающий момент до такой величины, когда
он станет равным моменту сопротивления вращению рамки. Таким образом,
вращающий момент рамки всегда будет равен моменту сопротивления вращению рамки. При увеличении момента сопротивления вращению рамки скорость рамки будет уменьшаться и наоборот, то есть рамка и магнитное поле вращаются с разными скоростями (асинхронно).

В асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором вращающееся магнитное поле создают три обмотки статора. Для получения вращающегося
магнитного поля необходимо, чтобы эти обмотки на окружности статора были
расположены под углом 120° по отношению друг к другу и получали питание
электрическим током от симметричного трёхфазного источника. Данное условие
выполняется, в результате чего при подключении двигателя к источнику возникает вращающееся магнитное поле. Это поле индуктирует в обмотках ротора э.д.с., под действием которых в них протекают токи. На проводники обмотки ротора с током, которые находятся в магнитном поле, действует механическая сила, в результате
чего возникает вращающий момент и ротор приходит в движение. Все процессы в дальнейшем протекают аналогично примеру на рис.7.1.

Скорость вращения магнитного поля называется синхронной и
зависит от частоты тока в обмотке статора и числа пар магнитных полюсов статора по закону:

где n – скорость вращения магнитного поля, об/мин;

f – частота тока в обмотке статора электродвигателя, Гц;

р – число пар полюсов асинхронного электродвигателя.

При частоте тока 50 Гц возможны следующие синхронные скорости
вращения: 3000 об/мин; 1500 об/мин; 1000 об/мин; 750 об/мин; 600 об/мин;
500 об/мин; 375 об/мин.

Пример 7.1

Два асинхронных электродвигателя получают питание от сети с частотой 50 Гц и
напряжением 220 В. Синхронные скорости вращения электродвигателей составляют
соответственно 3000 об/мин и 1500 об/мин.

Определить количество пар полюсов каждого электродвигателя.

1. Определяем количество пар полюсов первого электродвигателя из (7.1):

2. Определяем количество пар полюсов второго электродвигателя из (7.1):

Ротор электродвигателя всегда вращается медленнее магнитного поля, то есть магнитное поле как бы «скользит» относительно ротора (в том случае, если
магнитное поле и ротор вращаются одновременно, то изменения магнитного поля относительно обмотки ротора не будет и в этой обмотке не будет наводиться э.д.с.
и протекать электрический ток). Разность между скоростями магнитного поля и
ротора называют абсолютным скольжением:

где Dn – абсолютное скольжение, об/мин;

n – скорость вращения ротора, об/мин.

Если разделить абсолютное скольжение магнитного поля асинхронного
электродвигателя на скорость вращения магнитного поля, то получим
относительное скольжение:

где s – относительное скольжение.

Относительное скольжение можно выразить через угловые скорости:

где Dw – абсолютное скольжение, рад/с;

w – угловая скорость вращения магнитного поля, рад/с;

w – угловая скорость вращения ротора, рад/с.

Пример 7.2

Асинхронный электродвигатель с двумя парами полюсов работает в номинальном режиме со скоростью вращения равной 1450 об/мин, получая питание от сети с частотой 50 Гц.

Определить абсолютное и относительное скольжения электродвигателя.

1. Определяем абсолютное скольжение электродвигателя по (7.2):

2. Определяем относительное скольжение электродвигателя по (7.3):

Вопросы для самоконтроля

1. Для чего предназначен трёхфазный асинхронный электродвигатель?

2. На каком явлении основана работа
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

3. Опишите устройство трёхфазного асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором.

4. Что понимается под вращающимся магнитным полем?

5. Как определить угловую скорость вращения магнитного поля?

6. Опишите принцип действия трёхфазного асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором.

7. Что понимается под абсолютным скольжением
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

8. Как определить относительное скольжение
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в обмотке
статора трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

2. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в обмотке ротора
трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

3. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в магнитопроводе трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

4. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в механической системе трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Энергетическая диаграмма

При работе асинхронный электродвигатель потребляет из сети электрическую энергию, а отдаёт рабочей машине механическую энергию. При протекании этого процесса (преобразования электрической энергии в механическую энергию) происходят потери энергии в виде тепла в элементах конструкции электродвигателя (как показано выше): потери в обмотках, потери в магнитопроводе, потери в механической системе, добавочные потери. Рассмотрим данный процесс преобразования энергии на энергетической диаграмме асинхронного электродвигателя (рис.7.2).

На энергетической диаграмме (рис.7.2) обозначено:

Р1 – электрическая мощность, потребляемая электродвигателем, Вт;

DРэл.1 – электрические потери в обмотке статора
(в результате теплового действия протекающего в ней тока), Вт;

DРмг – потери в магнитопроводе электродвигателя

(в результате теплового действия вихревых токов и гистерезиса), Вт;

DРэл.2 – электрические потери в обмотке ротора
(в результате теплового действия протекающего в ней тока), Вт;

DРмх – механические потери
(в результате трения в подшипниках и ротора о воздух), Вт;

DРд – добавочные потери
(в результате других не учтённых явлений), Вт.

Р2 – механическая мощность,
отдаваемая электродвигателем рабочей машине (мощность на валу), Вт.

Сумма потерь активной мощности в асинхронном электродвигателе
равна:

где DРconstпостоянные потери в электродвигателе, которые

прямо пропорциональны квадрату напряжения (U 2 ),

подводимого к обмоткам статора, Вт;

DРvarпеременные потери в электродвигателе, которые

прямо пропорциональны квадрату силы тока (I 2 ) в обмотках, Вт.

Коэффициент полезного действия асинхронного электродвигателя с
короткозамкнутым ротором равен:

Коэффициент мощности асинхронного электродвигателя равен:

потребляемая асинхронным электродвигателем из сети, Вт;

потребляемая асинхронным электродвигателем из сети, В×А.

Пример 7.3

Асинхронный электродвигатель, номинальная мощность которого равна 3 кВт, имеет номинальный к.п.д. равный 0,91.

Определить суммарные потери мощности в электродвигателе.

1. Определяем активную мощность, потребляемую электродвигателем, из (7.8):

2. Определяем суммарные потери мощности в электродвигателе по (7.5):

Вопросы для самоконтроля

1. Составьте энергетическую диаграмму трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, расшифруйте буквенные обозначения.

2. Что такое постоянные потери мощности
в трёхфазном асинхронном электродвигателе?

3. Что такое переменные потери мощности
в трёхфазном асинхронном электродвигателе?

4. Запишите и расшифруйте выражения потерь мощности в обмотках
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

5. Как определить коэффициент полезного действия
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

6. Как определить коэффициент мощности
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

7. Как влияют потери мощности в элементах конструкции
асинхронного электродвигателя на его работу?

Подключение, пуск, регулирование скорости вращения,
реверсирование и торможение

Подключение трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором к питающей сети осуществляется тремя проводами, которые
подключают к началам обмоток статора. Обмотки статора асинхронного электродвигателя соединяют по схеме звезды (С4, С5, С6 объединяют в общий узел) или по схеме треугольника (С4 с С2, С5 с С3, С6 с С1).

Момент, развиваемый на валу электродвигателя, зависит от магнитного
потока, силы тока в обмотке ротора и коэффициента мощности обмотки ротора:

где М – вращающий момент, Н×м;

Ф – действующее значение магнитного потока, Вб;

I2 – действующее значение силы тока в обмотке ротора, А;

y2 – угол сдвига фаз э.д.с. и тока ротора, рад.

В результате того, что магнитный моток пропорционален приложенному
напряжению, то можно доказать, что момент, развиваемый двигателем, пропорционален квадрату приложенного напряжения, то есть

где U – действующее значение приложенного напряжения, В.

Следовательно, при пониженном напряжении на зажимах обмоток статора
электродвигателя момент на валу будет равен:

где М’ – момент на валу электродвигателя при пониженном напряжении, Н×м;

Мн – момент на валу электродвигателя при номинальном напряжении, Н×м;

U’ – пониженное напряжение на зажимах обмоток статора, В;

Uн – номинальное напряжение на зажимах обмоток статора, В.

В начальный момент пуска ротор электродвигателя неподвижен и
относительное скольжение равно единице, поэтому сила тока в обмотках электродвигателя при пуске больше номинального значения в 5 – 7 раз.
Пуск асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляют при номинальном напряжении (прямой пуск) и при пониженном напряжении:

1. Прямой пуск электродвигателя производится непосредственным его включением в сеть без каких-либо устройств понижения напряжения. Применяется в тех случаях, когда номинальная мощность двигателя намного меньше электрической мощности силового трансформатора. При таком способе пуска ток, потребляемый электродвигателем при пуске, не вызовет из-за скоротечности значительного перегрева двигателя и падения напряжения сети (то есть не нарушит работу других устройств, включённых в сеть).

2. Пуск при пониженном напряжении производится с помощью устройств,
понижающих напряжение на зажимах электродвигателя (автотрансформатора, индукционного регулятора и других), а также с помощью переключения обмоток статора электродвигателя со звезды на треугольник (то есть в начальный момент пуска обмотки статора соединены по схеме звезды, а после кратковременного процесса пуска переключаются на схему треугольника).

Запишем уравнение скорости вращения ротора электродвигателя:

Из выражения (7.13) следует, что регулировать частоту вращения
асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором можно следующими способами:

1. Изменением частоты тока в обмотке статора электродвигателя (f). Для этого используют регулятор частоты, позволяющий производить плавную регулировку скорости в широких пределах.

2. Изменением числа пар полюсов электродвигателя (р). Для этого
применяют двигатели со специальной обмоткой статора, которая позволяет
производить ступенчатую регулировку скорости (1:2:3:4). Электродвигатель
в этом случае имеет большие габариты и стоимость, а также специальное
переключающее устройство. Наиболее простым из таких электродвигателей
является тот, который позволяет регулировать скорость в соотношении 1:2.

3. Изменением скольжения (s). Для этого изменяют подводимое к обмоткам статора напряжение с помощью регулятора напряжения.

Для изменения направления вращения ротора (реверсирования) асинхронного электродвигателя надо поменять местами два любых провода из трёх, которыми к обмоткам статора подводится напряжение.

Существуют следующие основные способы торможения асинхронного
электродвигателя с короткозамкнутым ротором:

1. Самоторможение состоит в отключении электродвигателя от питающей сети, в результате чего происходит его естественное торможение по мере прекращения действия инерционных сил.

2. Торможение противовключением состоит в реверсировании электродвигателя и его отключении от питающей сети при остановке ротора.

3. Динамическое торможение состоит в отключении электродвигателя от
питающей сети и последующей подаче на обмотки статора постоянного
напряжения.

Вопросы для самоконтроля

1. Изобразите схематически клемную коробку электродвигателя и покажите на ней как соединить обмотки статора трёхфазного асинхронного
электродвигателя по схеме звезды и по схеме треугольника,
а также подключение электродвигателя к сети.

2. Как определить момент на валу трёхфазного асинхронного электродвигателя
по заданным мощности на валу и угловой скорости вращения вала?

3. Как изменяется момент на валу трёхфазного асинхронного электродвигателя
при отклонении напряжения на зажимах электродвигателя?

4. Как изменяется момент на валу трёхфазного асинхронного электродвигателя
при переключении обмоток статора со схемы звезды на схему треугольника?

5. Запишите и расшифруйте уравнение скорости вращения ротора
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

6. Запишите и расшифруйте уравнение угловой скорости
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

7. Перечислите и поясните способы регулирования скорости вращения
трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

8. Как изменить направление вращения
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

9. Перечислите и поясните способы торможения
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

Технические параметры

Трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, выпускаемые для производственных целей, предназначены для работы в заданных
условиях с определёнными параметрами, которые называют номинальными.
К номинальным параметрам этих электродвигателей, которые указываются
на заводской табличке, укреплённой на корпусе электродвигателя, относятся:

– механическая мощность электродвигателя, кВт;

– частота питающей сети, Гц;

– действующее значение линейного напряжения обмоток статора, В;

– схемы соединения обмоток статора;

– действующее значение линейного тока обмоток статора, А;

– скорость вращения вала электродвигателя, об/мин;

– коэффициент мощности электродвигателя;

– коэффициент полезного действия электродвигателя.

Помимо этого указываются тип электродвигателя, его масса, класс изоляции обмоток статора (изоляция класса В характеризуется тем, что может длительно работать при температуре 130°С, изоляция класса F – при температуре 155°С).

В настоящее время выпускаются асинхронные электродвигатели
от 0,06 кВт до 400 кВт при частотах вращения 500 – 3000 об/мин в виде единых
серий , 4АМ, АИ и другие. Помимо основного исполнения каждая серия имеет ряд электрических модификаций, которые имеют особенности конструкции (например, двойную обмотку на роторе, глубокие пазы в магнитопроводе ротора и так далее):

с повышенным пусковым моментом
(для привода рабочих машин с большой нагрузкой в момент пуска:
компрессоры, дробилки и др.);

с повышенным скольжением
(для привода рабочих машин с большим моментом инерции,
с большой частотой пусков и реверсов);

с повышенными энергетическими показателями
(для привода рабочих машин с круглосуточной работой);

Вопрос для самоконтроля

1. Перечислите номинальные параметры трёхфазного асинхронного электродвигателя.

Механическая характеристика

Механическая характеристика электродвигателя с короткозамкнутым
ротором представляет собой зависимость угловой скорости вращения ротора
электродвигателя от момента на его валу w = f(М)(рис.7.3).

Двигательному режиму соответствует участок механической характеристики от w = w до w = 0 (пуск электродвигателя начинается в точке w = 0), генераторному режиму – участок от w > w , тормозному режиму – участок от w

Сайт для электриков

    Электрические машины
  • Электрическая машина — это электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования либо механической энергии в электрическую (электрический генератор), либо электрической энергии в механическую (электрический двигатель).
  • Принцип действия электрических машин основан на законах электрических и магнитных явлений: законе электромагнитной индукции и законе Ампера.
    Сущность закона электромагнитной индукции применительно к электрической машине состоит в том, что при движении проводника в магнитном поле со скоростью v в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции В, в нем индуцируется ЭДС

    где l — активная длина проводника, т.е. часть его общей длины, находящаяся в магнитном поле.
    Если же проводник замкнуть, то в этом проводнике появится электрический ток I. В результате взаимодействия этого тока с внешним магнитным полем на проводник начнет действовать электромагнитная сила, которая определяется по закону Ампера
    Fэм=

      Классификация электрических машин

    • Электромашинные усилители — это электрические машины, применяемые для усиления мощности электрических сигналов.
    • Синхронные компенсаторы — это электрические машины, используемые для повышения коэффициента мощности потребителей электроэнергии.
    • Индукционные регуляторы — это электрические машины, служащие для регулирования напряжения переменного тока.
    • Тахогенераторы — это электрические машины, служащие для преобразования частоты вращения в электрический сигнал.
    • Сельсины — это электрические машины, служащие для получения электрических сигналов, пропорциональных углу поворота, вала.
    • Бесколлекторные машины — это машины переменного тока — асинхронные и синхронные.
      Асинхронные машины применяют преимущественно в качестве двигателей, а синхронные — как в качестве двигателей, так и генераторов.
    • Коллекторные машины используют главным образом для работы на постоянном токе в качестве генераторов или двигателей.
    • Классификация электрических машин
      Преобразование энергий в электрических машинах

    • Основные характеристики электрических генераторов
      Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора от тока нагрузки U = f(I) при неизменных токе возбуждения и частоте вращения (Iв = const и n = const);
      Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора оттока возбуждения U = f(Iв) в режиме холостого хода и неизменной частоте вращения (I = 0 и n = const);
      Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения от тока нагрузки Iв =f(I) при неизменных частоте вращения и напряжении на выходе генератора (U = const и n = const).
    • Основными характеристиками электрических двигателей являются:
      Механическая характеристика — зависимость частоты вращения от момента нагрузки на валу двигателя (статического момента сопротивления рабочего механизма) n = f(М) при неизменных значениях напряжения питания двигателя, тока возбуждения, сопротивления в цепи рабочей обмотки (обмотки статора и ротора или обмотки якоря), или для асинхронных двигателей зависимость момента на валу от скольжения M = f(s), при неизменных значениях напряжения питания U и сопротивлений в цепях обмоток статора и ротора;
      Электромеханическая характеристика — зависимость частоты вращения от тока нагрузки n = f(I) при неизменных значениях напряжения U и сопротивлений в цепях обмоток статора и ротора;
      Регулировочная характеристика — зависимость частоты вращения от регулирующего параметра: тока возбуждения или напряжения питания;
      Рабочие характеристики — зависимость КПД η, коэффициента мощности cosφ, рабочего тока I, частоты вращения n от нагрузки двигателя (полезной мощности) P2.

    Основные параметры

      Номинальные данные электрических машин
  • Номинальный режим работы электрической машины — это режим работы, при котором значения каждого из параметров равно номинальному.
  • Номинальные условия применения — условия, установленные в стандарте или технических условиях на данный конкретный тип машины, при которых эта машина должна иметь номинальную частоту вращения.
  • Номинальные данные электрической машины — это совокупность числовых значений электрических и механических параметров, обусловленных изготовителем, которым удовлетворяет электрическая машина в заданных условиях эксплуатации.
    Такими данными являются: номинальная мощность (кВт или кВ·А), номинальное напряжение (В), номинальный ток (А), номинальная частота вращения (об/мин), номинальные КПД (%), коэффициент мощности, частота переменного тока (Гц), число фаз, режим работы машины [длительный, кратковременный, повторно-кратковременный либо другой].
  • Номинальная мощность электрической машины — это мощность, на которую рассчитана данная машина по условиям ее допустимого перегрева.
  • Номинальная мощность двигателя — это полезная механическая мощность на валу, вращающемся с номинальной угловой скоростью (w2ном при номинальном нагрузочном моменте M2ном: Pном=M2ном·w2ном или Pном=0,105·M2ном·n2ном,
    где n2ном — номинальная частота вращения вала.
    Примеры: выбор электродвигателей по номинальной мощности, расчет мощности электродвигателя вентилятора, расчет мощности двигателя насоса, расчет мощности двигателя транспортера, расчет мощности двигателя для пилорамы.
  • Номинальная мощность генератора — это полезная электрическая мощность, определяемая произведением номинальных электрических величин на выводах генератора, например, для трехфазного синхронного генератора: Pном=m1·U1ном·I1ном·cosφ1ном,
    где m1 — число фаз, для трехфазной системы m1 = 3;
    U1ном — номинальное (фазное) напряжение на выводах обмотки статора;
    I1ном — номинальный (фазный) ток статора;
    cosφ1ном — номинальное значение коэффициента мощности.
  • Номинальное напряжение — напряжение, на которое машина рассчитана заводом-изготовителем для работы в номинальном режиме с номинальной мощностью.
    Номинальное напряжение трехфазных машин — это линейное напряжение, то есть напряжение между фазами подключенной к машине сети.
    Номинальное напряжение ротора асинхронного двигателя с трехфазной обмоткой — это напряжение на выводах разомкнутой обмотки ротора (напряжение на контактных кольцах) при неподвижном роторе и включенной на номинальное напряжение обмотке статора.
    Номинальное напряжением двухфазной обмотки ротора — это наибольшее из напряжений между контактными кольцами.
    Номинальное напряжением возбудительной системы машины с независимым возбуждением — это номинальное напряжение того независимого источника, от которого получается возбуждение.
    Номинальное напряжение возбуждения — напряжение на выводах (или контактных кольцах) обмотки возбуждения с учетом падения напряжения под щетками при питании ее номинальным током возбуждения, когда активное сопротивление приведено к расчетной рабочей температуре, при работе машины в номинальном режиме с номинальными мощностью, напряжением и частотой вращения.
  • Номинальный ток — ток, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении.
  • Номинальный ток возбуждения — ток возбуждения, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении.
  • Номинальная частота вращения — частота вращения, соответствующая работе машины при номинальных напряжении, мощности и частоте тока и номинальных условиях применения.
  • Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение полезной (отдаваемой) мощности к затрачиваемой (подводимой);
    для генераторов — отношение активной электрической мощности, отдаваемой в сеть, к затрачиваемой механической мощности;
    для двигателей — отношение полезной механической мощности на валу к активной подводимой электрической мощности.
    Номинальный КПД — это указанное отношение мощностей при работе машины с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения.
  • Коэффициент мощности машин переменного тока:
    для генераторов — это отношение отдаваемой активной электрической мощности, Вт, к полной отдаваемой электрической мощности, В·А;
    для двигателей — это отношение активной потребляемой электрической мощности, Вт, к полной потребляемой электрической мощности, В·А.
    Номинальный коэффициент мощности электрической машины — это указанное отношение мощностей при работе машины в номинальном режиме, с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения.
    • Основные определения, относящиеся к условиям работы машины и ее характеристикам

    • Нагрузка — мощность, которую развивает электрическая машина в данный момент времени.
      Нагрузка может быть выражена в единицах активной или полной мощности (Вт, или В·А) либо в долях номинальной мощности. Она также выражается током, потребляемым или отдаваемым электрической машиной, А, либо в процентах или долях номинального тока.
      Номинальная нагрузка — это нагрузка, равная номинальной мощности машины.
    • Практически неизменная нагрузка — это нагрузка, при которой отклонение тока и напряжения якоря и мощности машины от значений, соответствующих заданному режиму, составляет не более 3%, тока возбуждения и частоты — не более 1 %.
    • Практически симметричная трехфазная система напряжений — это трехфазная система напряжений, в которой напряжение обратной последовательности не превышает 1 % напряжения прямой последовательности при разложении данной трехфазной системы на системы прямой и обратной последовательностей.
    • Практически симметричная система токов — это трехфазная система, для которой ток обратной последовательности не превышает 5% тока прямой последовательности.
    • Начальный пусковой ток электродвигателя — это установившийся ток в обмотке электродвигателя при неподвижном роторе, номинальном подведенном напряжении и номинальной частоте, при соединении обмоток машины, соответствующем номинальным условиям работы двигателя.
    • Начальный пусковой момент электродвигателя — это вращающий момент электродвигателя, развиваемый при неподвижном роторе, установившемся токе, номинальном подведенном напряжении, номинальной частоте и соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы двигателя.
    • Максимальный вращающий момент электродвигателя переменного тока — это наибольший момент вращения, развиваемый двигателем в установившемся режиме при номинальных напряжении и частоте, при соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы, и (для синхронных двигателей) при номинальном токе возбуждения.
    • Минимальный вращающий момент асинхронного двигателя — это наименьший вращающий момент, развиваемый асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором в процессе разгона от неподвижного состояния до частоты вращения, соответствующей максимальному моменту при номинальных напряжении и частоте, при соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы двигателя или пусковому режиму (для однофазных двигателей с пусковой обмоткой).
    • Критическое скольжение асинхронной машины — это скольжение, при котором асинхронная машина развивает максимальный вращающий момент.
    • Номинальное изменение напряжения электрических генераторов — это изменение напряжения на выводах генератора, работающего на автономную сеть с неизменной и равной номинальной частотой вращения при изменении его нагрузки от номинальной до холостого хода.
      Для генераторов с независимым возбуждением, кроме того, — при сохранении номинального тока возбуждения, а для генераторов с самовозбуждением — при неизменном сопротивлении всей цепи обмотки возбуждения. Номинальное изменение напряжения выражают в процентах или в долях номинального напряжения генератора.
    • Номинальное изменение частоты вращения электродвигателя — это изменение частоты вращения двигателя, работающего при номинальном напряжении на его выводах и номинальной частоте тока, при изменении нагрузки от номинальной до нулевой, а для двигателей, не допускающих нулевой нагрузки, — от номинальной до ¼ номинальной. Номинальное изменение частоты вращения выражают в процентах или в долях номинальной частоты вращения.

    Надежность электрических машин

      Основные понятия, имеющие важное значение для электрических машин
  • Надежность — это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и в условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.[ГОСТ 27.002-83].
  • Безотказность — это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.
  • Долговечность — это свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
  • Ремонтопригодность — это свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
  • Сохраняемость — это свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортирования.
  • Отказ — это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта, то есть в переходе в неработоспособное состояние.
    • Показатели надежности электрических машин

    • Вероятность безотказной работы P(t) — это вероятность того, что случайная величина Т — наработка до отказа — будет не меньше заданной: P(t) = P .
    • Вероятность безотказной работы объекта за время t — это вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникнет отказа объекта, то есть вероятность Р(t1, t2) безотказной работы в интервале наработки t1, t2. Она равна отношению вероятностей безотказной работы в начале и конце интервала: .
    • Вероятность безотказной работы — это, статистически, отношение числа объектов, безотказно проработавших до момента t, к числу объектов, работоспособных в начальный момент времени:
      ,
      где N — число объектов в момент начала наблюдений или испытаний;
      n(t) — число объектов, отказавших за время t.
    • Вероятность отказа объекта:
    • Плотность распределения наработки до отказа:

      Интенсивность отказов λ(t) — это условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник:

      При λ(t) = λ = const, P(t)=e -λt .
      Статистически интенсивность отказов определяют следующим образом:

      где — среднее число объектов, исправно работающих в интервале ;
      — число работоспособных объектов в начале и конце интервала ;
      — число отказавших объектов в интервале .
      Средняя наработка на отказ — это математическое ожидание наработки объекта до отказа (является одним из показателей безотказности). На практике используется следующая оценка средней наработки до отказа:

      где — наработка до отказа i-го объекта;
      — число объектов.

    • Средний ресурс — это математическое ожидание ресурса.
    • Ресурс — это наработка объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
    • Средний срок службы — это математическое ожидание срока службы.
    • Срок службы — это календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
    • Коэффициент готовности (один из комплексных показателей надежности):
      kг = T / (T + Tв),
      где T — средняя наработка на отказ;
      Tв— среднее время восстановления.
    • Период приработки — это период, когда при испытаниях или на начальной стадии эксплуатации происходит выявление и отбраковка конструктивных и производственных недостатков.
      Для ответственных электрических машин период приработки проходит непосредственно на заводе-изготовителе.
    • Вероятность отказов за время t (в период приработки) описывается законом Вейбулла:
      ,
      где — параметры.
    • Распределение наработки до отказа (в период эксплуатации, когда интенсивность отказов падает и остается примерно постоянной) описывается показательным законом. При этом функция плотности распределения:
      .
      Вероятность безотказной работы описывает формула:
      .
      При постоянной интенсивности отказов средняя наработка на отказ равна:
      .
    • С некоторого момента времени элементы и узлы электрической машины начинают отказывать чаще, это связано с их старением и износом (отмечается существенное нарушение свойств изоляции, уменьшение ее электрической прочности, износ тел качения подшипников, изменение структуры смазки, износ коллектора и изменение структуры материала коллекторных пластин, повышение вибраций).
      Распределение наработки на отказ по причине изнашивания и старения описывают с помощью нормального закона.
      Плотность усеченного нормального распределения определяется из выражения:
      ,
      где — нормирующий множитель;
      — функция нормального определения:
      ,
      где — математическое ожидание;
      — среднеквадратичное отклонение.
      Величина определяется с помощью нормированной функции Лапласса :
      ,
      где — интервалы ограничения средней наработки до отказа.
      О прогнозировании остаточного ресурса оборудования, читайте здесь.

    Причины отказов электрических машин

      Основные причины выхода из строя асинхронных двигателей
  • Неудовлетворительная эксплуатация.
  • Несовершенная защита или отсутствие ее (при защите двигателей плавкими предохранителями электродвигатели отказывают из-за работы на двух фазах).
  • Несоответствие конструктивного исполнения двигателей условиям эксплуатации.
  • Неправильный выбор двигателя по мощности.
  • Некачественное изготовление, отказы по вине заводов-изготовителей.
    Порядок выявления скрытых дефектов оборудования описан здесь.
  • Неравномерность воздушного зазора, что приводит к задеванию ротора о статор машины. Это может быть обусловлено тем, что технологический процесс и состояние оборудования не обеспечивают требуемую обработку станин, подшипниковых узлов и пакетов ротора.
    Неравномерность воздушного зазора может быть вызвана также прогибом вала при его недостаточной жесткости.
  • Низкое качество изоляции обмоточных проводов и пропитывающих лаков.
    Преждевременные отказы обмоток вызываются часто несовершенными технологическими процессами, некачественными пропиткой, намоткой и укладкой в пазы витков обмотки статора.
  • Отказы электродвигателей из-за повреждения обмоток — 85-95%.
    Пример — обрыв в обмотках электродвигателя.
  • Отказы электродвигателей из-за повреждений подшипников — 2-5%.
    О неисправностях подшипников электрических машин читайте здесь.
  • Основные отказы обмоток обусловлены междувитковыми замыканиями — 93%.
    • Основные причины выхода из строя синхронных машин

    • Одна из основных причин отказов синхронных машин — это заводские дефекты.
      Для оценки эксплуатационной надежности синхронных генераторов широко применяют показатель удельная повреждаемость. Это удельное число аварийных отключений, которое измеряется средним числом повреждений на одну машину в год и выражается в процентах.
      Большинство повреждений относится к обмотке статора, основным местом повреждений изоляции обмоток статора является пазовая часть обмотки, пробой которой составляет примерно 50% всех пробоев обмоток статора. На процесс изменения и разрушения изоляции оказывают влияние повышенные механические усилия при переходных процессах, вибрация, перенапряжения, перегрузки по току. В процессе изготовления могут появиться участки с пониженной электрической прочностью. Это связано с изготовлением стержней обмоток с размерами, выходящими за пределы допуска, что приводит к повреждению изоляции при укладке обмотки в пазы. В процессе изготовления возможно попадание на поверхность изоляции ферромагнитных частиц, вибрация которых в магнитном поле приводит к постепенному разрушению изоляции.
    • Лобовые части обмоток крупных электрических машин наибольшей опасности подвергаются при переходных процессах. Большие ударные токи могут вызвать разрывы бандажей, деформацию частей обмотки, появление трещин и вмятин в изоляции. В процессе эксплуатации синхронных генераторов отмечаются также пробои изоляции вследствие попадания в нее масла и влаги.
    • Среди повреждений активной стали наиболее частыми являются ослабление запрессовки, расшатывание сердечника стали под действием вибрационных и магнитных сил, повреждение изоляционной пленки на поверхности листов.
    • На подвижных частях машины частые повреждения наблюдаются на бандажных узлах; эти повреждения вызываются действием центробежных сил, деформациями вала и усилиями горячих посадок на вал.
    • Под действием температуры происходит перемещение обмотки ротора, деформация проводников обмотки. Возможно также перекрытие каналов охлаждения и снижение сопротивления изоляции при попадании влаги, масла и пыли на обмотку.
    • Характерными повреждениями и нарушениями в работе подшипниковых узлов крупных синхронных машин являются выплавление баббита, повреждение вкладышей и цапф подшипниковыми токами. Выплавление баббита обычно происходит при нарушении работы системы маслоснабжения. Наиболее распространенной неисправностью подшипников является вытекание масла. Подшипниковые токи возникают из-за несимметрии в магнитной системе, обусловленной неравномерным зазором, наличием осевых каналов, несимметричным размещением сегментов активной стали.
      Замыкание обмотки ротора на корпус также приводит к появлению подшипниковых токов.
    • В гидрогенераторах наиболее характерными отказами механических узлов являются отказы подшипников, вызываемые неравномерными нагрузками. Как показывает статистика наблюдений, износ подпятников наступает через 4—5 лет.
    • Для обеспечения надежности крупных синхронных машин большое внимание уделяется контактно-щеточной системе и возбудителям. Число отказов возбудителей иногда превышает число отказов обмоток ротора и статора.
      Основные причины выхода из строя машин постоянного тока

    • Данные о причинах выхода из строя в период эксплуатации электрических машин постоянного тока показывают, что большинство аварий происходит по вине обслуживающего персонала, который не всегда обеспечивает необходимый уход и качественное выполнение текущего ремонта.
    • Конструкционные недостатки. Так, у двигателей прокатных станов основные отказы обусловлены повреждениями коллектора, что вызвано неблагоприятной коммутацией при peгулярных кратковременных перегрузках.
    • Наиболее частыми повреждениями возбудителей синхронных генераторов являются повреждения бандажей обмотки якоря, нарушения пайки петушков и износ коллектора. При этом надежность коллекторно-щеточного узла во многом зависит от мощности возбудителя.
    • В тяговых двигателях одной из частых причин отказов в работе является возникновение кругового огня на коллекторе. Это вызвано условиями эксплуатации (буксование колесных пар), невысоким качеством выпрямленного питающего напряжения, повышенными ударными и вибрационными нагрузками.
      О причинах и способах устранения искрения щеток, читайте здесь.
    • Повреждения обмоток якорей машин постоянного тока проявляются в пробое корпусной изоляции между пакетом стали якоря и обмоткой и пробое изоляции между витками.
      В крупных машинах постоянного тока проявляются в пробое корпусной изоляции между пакетом стали якоря и обмоткой и пробое изоляции между витками.
    • В крупных машинах постоянного тока повреждения проявляются в распайке соединительных петушков коллекторных пластин с обмоткой и в разрушении проволочных бандажей.
    • Отказы механических узлов машин постоянного тока определяются в основном состоянием шеек вала и подшипников качения и скольжения. Повреждения подшипников скольжения и шеек вала выражаются в виде износа вкладышей в гнездах подшипников, вытекания смазки из подшипников при. их неисправностях, нарушения работы смазочных колец в подшипниках.

    Вибрация и шумы электрических машин

      Источники вибрации и шума электрических машин
  • Магнитные источники вибрации связаны с высшими пространственными гармоническими, которые обусловлены наличием зубцов на статоре и роторе, несимметрией и несинусоидальностью напряжения питания, эксцентриситетом воздушного зазора, несинусоидальным распределением МДС обмотки и целым рядом других причин.
  • Механические источники вибрации — это небаланс ротора, несоосность и перекос посадочных мест подшипника, отклонения в форме их колен и разброс размеров сепаратора, тепловая деформация ротора, прогиб вала, погрешности коллекторного узла и др.
  • Аэродинамические источники связаны с вентилятором и другими расположенными на роторе деталями.
    Силы магнитною происхождения в свою очередь делятся в зависимости от направления действия на аксиальные, тангенциальные и радиальные. Эти силы наиболее выражены в диапазоне частот 100—4000 Гц, в котором человеческое ухо обладает повышенной чувствительностью к шуму.
  • Аксиальные силы вызывают смещение ротора по отношению к сердечнику статора, что приводит к их взаимному аксиальному сдвигу и повышению уровня вибрации.
  • Тангенциальные силы создают вращающий момент. Эти силы также вызывают вибрации обмоток, особенно в зоне лобовых частей. Тангенциальные силы могут быть, особенно при несинусоидальном напряжении питания, источником изгибных колебаний корпуса электрической машины и соответствующих вибраций. Однако основные изгибные деформации корпуса электрической машины в широком спектре частот вызываются радиальными силами.
  • Магнитные удельные радиальные силы пропорциональны квадрату магнитной индукции в воздушном зазоре:

    где — радиальная вибровозмущающая сила;
    — индукция;
    — пространственная координата;
    — время.
    В воздушном зазоре электрической машины индукция магнитного поля может быть представлена суммой основной гармоники В1 и высших гармоник порядка i, обусловленных различными причинами j

  • Насыщение магнитопровода является причиной возникновения ряда дополнительных гармоник магнитной индукции, которые в свою очередь могут принять участие в образовании дополнительных вибровозмущающих сил. С достаточной для практических целей точностью насыщение при вибрационных расчетах учитывается третьей гармоникой индукции.
  • Аналогично в виде дополнительных гармоник магнитной индукции учитывается влияние эксцентричного расположения ротора.
  • В электрических машинах, особенно в асинхронных двигателях, возникают вибрации и при чисто синусоидальном магнитном поле в воздушном зазоре, когда спектр поля содержит только основную гармонику. В этом случае вибрации возникают под действием радиальной силы, которая деформирует осевую линию статора в -угольник с частотой, равной удвоенной частоте питания. В общем случае любые причины несинусоидальности магнитного поля следует рассматривать как причины увеличения виброактивности асинхронного двигателя прежде всего на двойной частоте питания.
    Причины возникновения повышенного уровня шума в двигателях описаны здесь.
  • Деформации отдельных деталей, узлов и машины в целом являются причиной возникновения звуковых волн — шума, причем интенсивность этого процесса зависит от возмущающих сил, упругих свойств материалов, используемых в электрической машине, конструкции и ее акустических свойств.
  • Среди вибровозмущающих сил механического происхождения следует отметить силы, обусловленные подшипниками качения. Интенсивность этого источника вибрации и шума зависит от целою ряда факторов, связанных с технологическими погрешностями изготовления подшипников качения и подшипникового узла. Большое значение имеют виброакустические свойства подшипниковых щитов, которые при определенной конструкции могут быть интенсивными излучателями звука.
    Основными недостатками подшипников в машинах с горизонтальным расположением вала, влияющими на уровень вибрации и шума, являются: недостаточная жесткость корпуса подшипника в продольном и поперечном направлениях, совпадение частоты собственных колебаний корпуса подшипника с частотой вращения ротора при различных режимах работы электрической машины, эксцентричная нагрузка на корпус подшипника, приводящая к изгибающему моменту, действующему в вертикальной плоскости.
  • Одним из основных источников вибрации и шума механического происхождения является остаточная неуравновешенность вращающихся частей электрической машины. Неуравновешенность ротора возбуждает значительные вибрации и шум, особенно в быстроходных машинах.
  • При трении щеток о коллектор или контактные кольца в электрической машине возбуждаются вибрации и шум, имеющие высокочастотные составляющие. Вибрации и шум, обусловленные коллекторно-щеточным узлом, характерны для крупных машин постоянного тока.
  • Силы аэродинамического происхождения вызывают вибрации и шум, уровень которых зависит от правильности выбора количества и формы лопаток, типа вентилятора, его аэродинамических свойств, числа и профиля вентиляционных каналов, правильности расположения вентиляторов относительно деталей и узлов электрической машины.
  • Технология производства оказывает большое влияние на стабильность виброакустических характеристик. Практика показывает, что их разброс даже у однотипных электрических машин может достигать 20 дБ.
  • Все неуравновешенные силы, возникающие в электрических машинах, вызывают изменяющиеся во времени дополнительные нагрузки на подшипники, в результате чего происходят виброперемещения последних. В совокупности с конструктивными недостатками подшипниковых узлов эти силы вызывают вибрацию электрической машины в целом.
    Следует особо отметить значение в шумообразовании подшипников волнистости и гранности рабочих поверхностей.
  • С увеличением номинального внутреннего диаметра подшипников их шум и вибрации возрастают на 1-2 дБ на единицу номера типоразмера подшипника.
  • В значительной мере виброактивность подшипников качения зависит от размеров радиального зазора. Возникающая при этом прецессия вала приводит к ударным взаимодействиям вала с телами качения, вследствие чего генерируется широкий спектр вибраций и шума.
  • Роликоподшипники имеют уровень вибрации и шума на 1-3 дБ больше, чем шарикоподшипники тех же размеров.
    Подробнее в статье: причины вибрации электродвигателя.
    • Способы снижения уровня шума электрических машин

    • Снижение уровня шума и вибрации может быть достигнуто применением подшипников скольжения, которые обеспечивают достаточную бесшумность работы и повышенную вибростойкость.
    • Демпфирующее действие на вибрацию и шум электрической машины, вызванные колебаниями подшипникового узла, оказывает смазка подшипников. Выбор смазки производится с учетом частоты вращения, рабочей температуры узлов, нагрузки и характера окружающей среды.
      Правильный выбор смазки обеспечивает снижение критической частоты, рассчитанной для ротора на жестких подшипниках, и демпфирование виброперемещения ротора.
    • Устойчивость движения шейки вала на масляной пленке смазки можно повысить увеличением на нее нагрузки. Для этого целесообразно применять вкладыши специальной конструкции, которые позволяют повысить устойчивость движения шейки вала и достигнуть более точного центрирования оси последней.
    • В машинах с малонагружепными быстроходными роторами, имеющих широкий диапазон рабочей частоты вращения, целесообразно применять подшипники скольжения с самоустанавливающимися сегментами, которые под действием гидродинамического давления в масляном канале занимают оптимальное положение.
    • Улучшение виброакустических характеристик электрических машин может быть достигнуто применением осевого натяга с помощью пружинных шайб.
    • Снижению уровня вибрации способствует и установка подшипников качения во вкладыши из прессованного медного волокна определенной пористости. С помощью таких опор удается отстроиться от резонанса системы «ротор — корпус — основание» и понизить уровень вибраций на средних и высоких частотах до 12 дБ.

    Нагревание электрических машин

    • Если нагрев происходит равномерно по всему объему машины, а рассеивание теплоты происходит равномерно со всей ее поверхности, то уравнение теплового баланса имеет вид: ,
      где — количество теплоты, выделяемой в машине в единицу времени: ,
      — суммарные потери мощности в двигателе, Вт; — количество теплоты, расходуемой на нагревание машины;
      — масса нагреваемого двигателя;
      — удельная теплоемкость материала машины, т.е. количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг этого материала на 1°C;
      — превышение температуры нагрева машины над температурой окружающей среды;
      — количество теплоты, рассеиваемой с поверхности машины в окружающее пространство в единицу времени;
      — коэффициент теплового рассеяния, т.е. количество теплоты, рассеиваемой с единицы поверхности двигателя в 1 секунду при превышении температуры на 1°C.
    • Режим теплового равновесия:
      , где
      , где
      — температура нагрева в начальный период работы машины (не отличается от температуры окружающей среды), °C;
      — установившаяся температура нагрева машины, °C.
    • Установившаяся температура перегрева, °C:
      .
      Установившаяся температура перегрева определяется только количеством теплоты , выделяемым в единицу времени, которое эквивалентно мощности потерь ;
      Установившаяся температура перегрева обратно пропорциональна площади охлаждаемой поверхности и коэффициенту теплового рассеяния , т.е. зависит от интенсивности охлаждения машины.
    • Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов
    Читайте также:

    1. Cистема качества,основанные на принципах ХАССП
    2. D-триггеры. Реализация. Режим работы.
    3. D. работы без схемы строповки
    4. I Общеэкономические принципы.
    5. I. Коллективный анализ и целеполагание воспитатель­ной работы с привлечением родителей, учащихся, учите­лей класса.
    6. I. Психофизиологические принципы
    7. III Блок: 5. Особенности работы социального педагога с детьми-сиротами и детьми, оставшимися без попечения родителей.
    8. S: Перечислите принципы осуществления свободы совести.
    9. V. Развитие навыков чтения И РАБОТЫ
    10. А. Файоль и принципы классического менеджмента.
    Класс нагревостойкости.
    Предельно допустимая температура.
    Электроизоляционные материалы, соответствующие данному классу нагревостойкости.
    Y
    90 °C
    Ненропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
    A
    105 °C
    Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    E
    120 °C
    Некоторые синтетические органические пленки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    B
    130 °C
    Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими или пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    F
    155 °C
    Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетаний с синтетическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    H
    180 °C
    Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетаний с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    C
    > 180 °C
    Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими или элементоорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.

    Электроизоляционные материалы подробно представлены здесь.

  • Температура нагрева какой-либо части машины при известной температуре ее перегрева и температуре окружающей среды = 40 °C вычисляется по формуле:
    .
    Перегрев обмотки статора асинхронного электродвигателя рассмотрен здесь.
  • Охлаждение электрических машин

      Способы охлаждения электрических машин
      По способам охлаждения электрические машины разделяют на два вида: машины с естественным охлаждением и машины с искусственным охлаждением.
  • Естественное охлаждение электрических машин.
    Эти машины не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины. Охлаждение происходит естественным путем за счет теплопроводности и конвекции.
    Теплопроводность — это передача теплоты внутри твердого тела от более нагретых к менее нагретым слоям. Например, пазовые части обмотки статора, нагреваясь, передают теплоту через слои пазовой изоляции в сердечник. Через места крепления сердечника теплота передается в корпус статора.
    Конвекция состоит в том, что частицы газа (воздуха), соприкасающиеся с поверхностью нагретого тела (лобовые части обмоток, сердечники, корпус), нагреваются, становятся легче и поднимаются вверх, уступая место менее нагретым частицам, и т.д. Такую конвекцию называют естественной. Во вращающейся машине имеет место еще и искусственная конвекция, обусловленная вращением ротора, который создает принудительную циркуляцию газа (воздуха), что усиливает эффект конвекции внутри машины.
  • Искусственное охлаждение электрических машин.
    В этих машинах применяют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий направленное движение газа, охлаждающего нагретые части машины. Значительную группу машин с искусственным охлаждением составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор закреплен на собственном валу машины; в процессе работы он, вращаясь, создает аэродинамический напор. Самовентиляция может быть наружной и внутренней.
    При наружной самовентиляции воздухом обдувается внешняя поверхность корпуса статора. Машина в этом случае имеет закрытое исполнение с ребристой поверхностью (для увеличения поверхности охлаждения).
    При внутренней самовентиляции в корпусе и подшипниковых щитах машины делают специальные отверстия, через которые воздух из окружающей машину среды проникает внутрь машины, охлаждает ее, а затем выбрасывается наружу.
  • Все способы охлаждения электрических машин принято обозначать буквами IC, являющимися начальными буквами английских слов International Cooling, остальные буквы и цифры обозначают способ охлаждения машины. Сначала указывается буква, обозначающая вид хладагента: A — воздух, H — водород, W — вода и т.д.
    Если хладагентом является только воздух, то буква опускается.
    Затем идет несколько цифр: первая цифра условно обозначает устройство цепи охлаждения для циркуляции хладагента, например воздуха:
    — хладагент свободно поступает в электрическую машину и свободно выводится из нее;
    3 — хладагент поступает в машину через подводящую трубу и выводится из нее через отводящую трубу;
    4 — хладагент циркулирует в замкнутом объеме машины и отдает свою теплоту через поверхность корпуса машины (обычно ребристую) в окружающую среду;
    7 — хладагент циркулирует по замкнутой системе, включающей охладитель, и отдает свою теплоту хладагенту охладителя, встроенного в машину;
    8 — то же, что и 7, но охладитель установлен вне машины.
    Вторая цифра обозначает способ перемещения хладагента:
    — хладагент перемещается за счет свободной конвекции, вентилирующее действие ротора незначительно;
    1 — хладагент перемещается с помощью вентилятора, расположенного на валу машины;
    2 — хладагент перемещается с помощью вентилятора, расположенного не па валу машины, но вращаемого этим валом через передающее устройство, например зубчатую передачу;
    3 — то же, что и 2, но вентилятор вращается отдельным двигателем, получающим питание от выводов охлаждаемой машины;
    7 — хладагент перемещается с помощью независимого вентилятора, установленного вне охлаждаемой машины и включенного в сеть, независимо от нее;
    8 — хладагент перемещается внутри машины за счет движения машины через хладагент, например тяговый двигатель.
    Если машина имеет несколько цепей охлаждения (например, внутренняя вентиляция и наружный обдув), то в обозначении может быть четыре цифры: две — для обозначения наружной цепи охлаждения и две — для внутренней.
    Примеры способов охлаждения электрических машин.
    Разомкнутые системы охлаждения:
    IC01 — защищенная машина с внутренней самовентиляцией, вентилятор расположен на валу машины;
    IC31 — защищенная машина с самовентиляцией, вентилятор расположен на валу машины, воздух поступает в машину и удаляется из нее с помощью подводящей и отводяшей труб;
    IC0141 — закрытая машина с самовентиляцией, ребристая или гладкая поверхность станины обдувается снаружи внешним вентилятором, расположенным на валу машины.
    Замкнутые системы охлаждения:
    ICW37А81 — замкнутая система самовентиляции воздухом, водяной охладитель встроен в охлаждаемую машину;
    ICW37А97 — замкнутая система принудительной вентиляции воздухом, водяной охладитель установлен отдельно от охлаждаемой машины;
    ICW37А86 — замкнутая система принудительной вентиляции воздухом, водяной охладитель установлен непосредственно на машине.
    Применяемые в электрических машинах способы охлаждения находятся во взаимосвязи с конструктивными формами исполнения этих машин.
  • Определение термина «охлаждение электрических машин» смотрите здесь.

    Конструктивные формы исполнения электрических машин

    Конструктивные формы исполнения электрических машин определяются степенью защиты, способами охлаждения и монтажа, воздействием климатических факторов окружающей среды и категорией мест размещения электрических машин при эксплуатации.

      Степени защиты электрических машин

  • Степени защиты электрических машин для обслуживающего персонала и от попадания внутрь твердых тел и воды регламентированы ГОСТ 17494—72. Условное обозначение степени защиты состоит из двух букв IP (начальные буквы английских слов International Protektion) и двух цифр. Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями и от попадания внутрь машины твердых тел; вторая цифра обозначает степень защиты от проникновения воды внутрь машины.
    Для обозначения степеней защиты электрических машин напряжением до 1000 В применяют цифры.
    Цифры в обозначении степеней защиты электрических машин
    Первая цифра:
    — Специальная защита отсутствует.
    1 — Защита от проникновения твердых тел диаметром более 50 мм, исключено случайное прикосновение к токоведущим или движущимся частям внутри оболочки частью тела, например рукой.
    2 — Защита от проникновения твердых тел диаметром более 12 мм, исключено прикосновение пальцами к опасным частям внутри оболочки.
    3 — Защита от проникновения инструментов, проволоки и т.д. диаметром или толщиной более 2,5 мм.
    4 — Защита от проникновения твердых тел размером свыше 1 мм.
    5 — Защита от пыли. Пыль внутрь оболочки не может проникать в количестве, нарушающем работу изделия.
    Вторая цифра:
    — Защита отсутствует.
    1 — Защита от вертикально падающих капель воды.
    2 — Защита от капель воды при наклоне оболочки до 15°.
    3 — Защита от дождя под углом до 60°.
    4 — Защита от брызг в любом направлении.
    5 — Защита от водяных струй в любом направлении.
    6 — Защита от воздействия морских волн.
    7 — Защита при кратковременном погружении в воду на определенную глубину.
    8 — Защита при длительном погружении в воду при условиях, определяемых изготовителем.
  • Условные обозначения и описания степеней защиты электрических машин
    ІР00 — Машина, не имеющая специальной защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины, защиты от попадания твердых тел внутрь корпуса, защиты от проникновения воды.
    ІР01 — Машина, защищенная от капель воды, падающих вертикально на оболочку и не имеющая специальной защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины, защита от попадания твердых тел внутрь корпуса.
    ІР10 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм, защита от проникновения воды отсутствует.
    ІР11 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм и от капель воды, падающих вертикально на оболочку.
    ІР12 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм и от капель воды, падающих вертикально на оболочку при наклоне оболочки на любой угол до 15° относительно нормального положения.
    ІР13 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм и от капель воды, падающих на оболочку под углом 60° от вертикали.
    ІР20 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм, зашита от проникновения воды отсутствует.
    ІР21 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм и капель воды, падающих вертикально на оболочку.
    ІР22 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм и капель воды, падающих вертикально на оболочку при наклоне оболочки на любой угол до 15° относительно нормального положения.
    ІР23 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм и капель воды, падающих на оболочку под углом 60° от вертикали.
    ІР43 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм и капель воды, падающих на оболочку под углом 60° от вертикали.
    ІР44 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм и от воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении.
    IР54 — Машина, не полностью защищенная от проникновения внутрь оболочки пыли (однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и от воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении.
    IР55 — Машина, не полностью защищенная от проникновения внутрь оболочки пыли (однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и защищенная от струй воды, попадающих на оболочку в любом направлении.
    IР56 — Машина, не полностью защищенная от проникновения внутрь оболочки пыли (однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и защищенная от волн воды (вода при волнении не попадает внутрь оболочки в количестве, достаточном для повреждения).
    • Способы охлаждения электрических машин

    • Способы охлаждения электрических машин
      рассмотрены здесь.
      Опытом проектирования и эксплуатации электрических машин определена увязка способов защиты со способами охлаждения электрических машин. Например, в машинах защищенного исполнения IР22 и IР23 обычно применяют способ охлаждения IС01, а для закрытых машин IР44, IР54 и IР55 — способ охлаждения IС0141. Но как для машин защищенного, так и для закрытого исполнений возможно применение независимой (принудительной) вентиляции.
      Способы монтажа
      Монтаж электрических машин определяет способ крепления электрической машины в месте ее установки и способ ее сочленения с рабочим механизмом. Монтаж машин в большинстве случаев осуществляется на лапах или посредством фланцев. При этом возможно горизонтальное или вертикальное расположение вала машины.

    • Разновидности конструктивного исполнения электрических машин по способу монтажа определяются ГОСТ 2479—79.
      Условное обозначение исполнения машины по способу монтажа состоит из букв IM (начальные буквы слов International Mounting) и четырех цифр.
      Первая цифра обозначает группу конструктивного исполнения:
      1 — на лапах с подшипниковыми щитами;
      2 — на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном или двух щитах;
      3 — без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном или двух щитах;
      4 — без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине;
      5 — без подшипниковых щитов;
      6 — на лапах с подшипниковыми щитами со стояковыми подшипниками;
      7 — на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов);
      8 — с вертикальным валом, кроме позиций 1, 2, 3 и 4 данного перечня;
      9 — специальное исполнение по способу монтажа.
      Вторая и третья цифры обозначает способ монтажа: пространственное положение машины и направление выступающего конца вала, причем если третья цифра 8, то машина может работать при любом пространственном положении вала.
      Четвертая цифра обозначает количество и форму исполнения выступающих концов вала:
      — без выступающего конца вала;
      1 — с одним выступающим концом вала цилиндрической формы;
      2 — с двумя выступающими концами вала цилиндрической формы;
      3 — с одним выступающим концом вала конической формы;
      4 — с двумя выступающими концами вала конической формы;
      5 — с одним выступающим фланцевым концом вала;
      6 — с двумя выступающими фланцевыми концами вала;
      7 — с двумя выступающими концами вала: со стороны привода — фланцевым, а с противоположной стороны — цилиндрическим;
      8 — все прочие исполнения выступающих концов вала.
      Примеры условных обозначений конструктивного исполнения электрических машин по способу монтажа
      ІМ1001 — машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами и одним цилиндрическим концом вала.
      ІМ2003 — машина на лапах с фланцем, доступным с обратной стороны, на одном подшипниковом щите и с одним коническим концом вала.
      ІМ3011 — машина с двумя подшипниковыми щитами, с фланцем, доступным с обратной стороны, опорная плоскость фланца обращена к стороне выступающего цилиндрического конца вала.
      ІМ5706 — машина на приподнятых лапах и опорных плитах со станиной, ротором и валом, с двумя фланцевыми концами вала.
      ІМ5710 — машина на приподнятых лапах и опорных плитах со станиной и ротором без выступающего конца вала.
      ІМ6505 — машина с двумя подшипниковыми щитами, на лапах с двумя стояковыми подшипниками, без фундаментной плиты, с одним фланцевым концом вала.
      ІМ7311 — машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, фундаментной плитой и одним цилиндрическим концом вала.
      ІМ7312 — машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, фундаментной плитой и двумя цилиндрическими концами вала.
      ІМ7315 — машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, фундаментной плитой и одним фланцевым концом вала.
      ІМ7321 — машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, опорной плитой и одним цилиндрическим концом вала.
      ІМ7325 — машина на приподнятых лапах с одним стояковым подшипником, опорной плитой и одним фланцевым концом вала.
      Условные обозначения климатического исполнения электрических машин

    • У — с умеренным климатом.
    • ХЛ — с холодным климатом.
    • УХЛ — с умеренным и холодным климатом.
    • ТВ — с влажным тропическим климатом.
    • ТС — с сухим тропическим климатом.
    • Т — с сухим и влажным тропическим климатом.
    • О — для всех макроклиматических районов на суше (общеклиматическое исполнение).
    • М — с умеренно-холодным морским климатом.
    • ТМ — с морским тропическим климатом, в том числе и на судах каботажного плавания.
    • ОМ — на судах неограниченного района плавания.
    • В — для всех макроклиматических районов на суше и на море.
      Категории размещения электрических машин

    • 1 — Для эксплуатации на открытом воздухе (воздействие совокупности климатических факторов, характерных для данного микроклиматического района).
    • 2 — для эксплуатации под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, а также отсутствует прямое воздействие солнечного излучения и атмосферных осадков.
    • 3 — для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры, влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе.
    • 4 — для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями.
    • 5 — для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью (например, в неотапливаемых и невентилируемых помещениях, в том числе в шахтах).
      В электрических машинах, имеющих дополнительные устройства или специальное назначение, в обозначении типоразмеров применяют дополнительные обозначения в виде буквы:

    • Б — со встроенной температурной защитой;
    • В — встраиваемые (поставляемые в виде сердечников статора и ротора с обмотками, без станины и подшипниковых щитов, для встраивания этих элементов непосредственно в рабочий механизм);
    • Е — (после обозначения габарита) со встроенным тормозом;
    • Е — (перед обозначением габарита) однофазный двигатель;
    • Ж — с удлиненным валом;
    • П — повышенной точности к установочным размерам;
    • Н — малошумное исполнение.
      Термины и определения основных понятий, применительно к видам зашиты электрических машин.
      Все термины и определения здесь.

    • Открытая электрическая машина — машина, не защищенная оболочкой от прикасания к ее частям, находящимся под напряжением, опасным движущимся частям и от попадания внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли.
    • Защищенная электрическая машина — машина, снабженная оболочкой для защиты от прикасания к ее частям, находящимся под напряжением, опасным движущимся частям и от попадания внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли.
    • Закрытая электрическая машина — защищенная машина, выполненная с такой оболочкой, что возможность сообщения между ее внутренним пространством и окружающей средой может иметь место только через неплотности соединения частей машины.
    • Пылезащищенная электрическая машина — защищенная машина, выполненная так, что исключается попадание внутрь ее оболочки пыли в количестве, вызывающем нарушение работы машины.
    • Герметичная электрическая машина (водонепроницаемая, газонепроницаемая) — защищенная машина, выполненная с такой оболочкой, что практически исключена возможность сообщения между ее внутренним пространством и окружающей средой.
    • Водозащищенная электрическая машина — защищенная машина, выполненная так, что при обливании ее водой исключается попадание воды внутрь оболочки в количестве, вызывающем нарушение работы машины.
    • Взрывозащищенная электрическая машина — защищенная машина специального назначения, выполненная таким образом, что устранена или затруднена возможность воспламенения окружающей ее взрывоопасной среды вследствие эксплуатации этой машины.
    • Погружная электрическая машина — машина специального назначения, предназначенная для эксплуатации в условиях погружения в жидкость.

    Техническое обслуживание электрических машин

      Основные понятия и определения
  • Техническое обслуживание — это организационные и технические мероприятия, выполняемые в процессе эксплуатации электрической машины, направленные на поддержание ее работоспособности с технико-экономическими параметрами, указанными в паспорте этой машины. Работы по ТО и ремонту электрических машин — ссылка. Объем работ по техническому обслуживанию и ремонту электрических машин — ссылка.
    Электрические машины подразделяют на ремонтопригодные и неремонтопригодные. При износе неремонтопригодной машины ее заменяют новой. Ремонтопригодные электрические машины периодически ремонтируют с целью восстановления их технических параметров. Существующие виды ремонта разделяют по объему, назначению и способам организации. По объему ремонты делят на текущие, средние и капитальные. Содержание типовых ремонтных работ электрических машин переменного и постоянного тока — ссылка.
  • Текущий ремонт проводят во время эксплуатации электрической машины. Такой ремонт состоит в замене износившихся частей машины и ее регулировке (например, замена контактных щеток, их притирка к коллектору или контактным кольцам и регулировка силы их прижатия).
  • При среднем ремонте производят частичную разборку электрической машины и замену изношенных деталей и узлов. В результате такого ремонта технические параметры машины должны быть восстановлены.
  • При капитальном ремонте производят полную разборку машины с заменой или восстановлением любых ее частей, включая обмотки. При капитальном ремонте ресурс машины должен быть восстановлен.
    • Виды износа электрических машин

    • Механический износ является следствием механических воздействий. Такому износу подвержены коллектор, контактные кольца, щетки, подшипники, шейки валов (в машинах с подшипниками скольжения). Кроме того, под воздействием твердых частиц пыли, проникающей в машину, происходит абразивный износ изоляции обмоток. Это относится в первую очередь к лобовым частям обмоток, расположенным на пути воздушного потока, направляемого вентиляторами.
    • Электрический износ ведет к невосстанавливаемой утрате свойств электрической изоляции. Происходит это из-за тепловых, электрических и механических воздействий на изоляционные материалы. Тепловые воздействия неминуемо связаны с работой электрической машины, сопровождаемой потерями энергии, которые вызывают нагрев машины. Но это воздействие становится наиболее разрушительным при перегревах машины до температур, превышающих допустимые значения для класса нагревостойкости данного изоляционного материала. Тепловое влияние снижает эластичность изоляции, делает ее более подверженной разрушительному действию механических сил.
      Причинами электрического воздействия на изоляцию являются возникающие в машине перенапряжения. Это в первую очередь относится к коммутационным перенапряжениям, способным вызвать пробой межвитковой изоляции обмотки. Перенапряжения могут возникать при питании электродвигателя от частотного преобразователя с широтно-импульсной модуляцией.
    • Механические воздействия на изоляцию возникают из-за вибраций машины или при действии на обмотку знакопеременных электродинамических сил при прохождении по этим обмоткам переменного тока, из-за действия центробежных сил на якорь. Механические действия на изоляцию многократно усиливаются в аварийных ситуациях, главным образом в режиме короткого замыкания, когда токи в обмотках возрастают многократно. Износ изоляции обмоток электрических машин особенно нежелателен, так как он требует либо выполнения капитального ремонта машины, либо ее замены.
    • Моральный износ электрической машины связан с разработкой и внедрением в производство новых электрических машин с более высокими технико-экономическими показателями. При этом эксплуатируемые электрические машины оказываются устаревшими и их дальнейшая эксплуатация становится нерентабельной. Моральный износ является следствием технического прогресса.
      Подготовка и пробный пуск электродвигателя
      Установке двигателя для эксплуатации предшествует выбор места этой установки. При этом необходимо учесть следующее:
      а) место установки двигателя должно исключить возможность попадания на его обмотки и токосъемные устройства воды, масла, эмульсии и т. п.; вибрации фундаментов и частей здания не должны превышать значений, допустимых для выбранного двигателя;
      б) шум, создаваемый двигателем совместно с приводимым механизмом, не должен превышать уровня, допустимого санитарными нормами для места эксплуатации электропривода;
      в) проходы для обслуживания электропривода между фундаментами или корпусами двигателей должны быть не менее допустимых значений, обеспечивающих нормальное обслуживание, указанных в гл. 5.1 «Правила устройства электроустановок» — ссылка;
      г) двигатели и аппараты управления ими, имеющие степень защиты ниже IР44, а также резисторы всех исполнений по степени зашиты должны быть установлены на расстоянии не менее 1 м от конструкций здания, выполненных из сгораемых материалов;
      д) двигатели на напряжение питания выше 1 кВ разрешается устанавливать непосредственно в производственных помещениях; при расположении выводов обмотки под статором двигатели следует устанавливать на фундаменте со специальной камерой, т.е. фундаментной ямой, которая должна удовлетворять требованиям, изложенным в гл. 4.2 «Правила устройства электроустановок».
      Далее следует подготовка двигателя к пробному пуску. При этом необходимо выполнить определенный комплекс работ.

  • Осмотр двигателя.
    Проверить соответствие записи на металлической пластине, прикрепленной к корпусу двигателя, записям в техническом паспорте на этот двигатель. Затем приступить к осмотру двигателя. При этом необходимо проверить состояние наружной поверхности двигателя, обратив внимание на состояние покрытия, на отсутствие каких-либо повреждений (вмятин, трещин) на корпусе, подшипниковых щитах и крышках, на выходных концах вала; проверить наличие рым-болтов, заземляющих болтов, наличие и достаточность затяжки всех крепежных болтов на подшипниковых щитах и крышках, кожухе вентилятора, жалюзи, люках; снять крышку коробки выводов и проверить состояние клемм (шпилек) и достаточность затяжки гаек, крепящих наконечники выводов обмоток к шпилькам панели коробки выводов. Необходимо проверить обозначение (маркировку) выводов электрической машины. В соответствии с действующими стандартами принято обозначение выводов электрических машин, приведенное здесь.
    В двигателях постоянного тока кроме перечисленного следует проверить: состояние коллектора (отсутствие вмятин, царапин, чистота поверхности); крепление щеточной траверсы; щеткодержатели (исправность пружин) и их шахматное расположение по длине коллектора; отсутствие сколов на щетках и притирку щеток к коллектору. Проверить затяжку крепящих болтов и других элементов двигателя. В процессе осмотра поверхность машины следует протереть сухой тряпкой, а внутреннюю полость продуть сжатым воздухом.
  • Проверка свободного вращения вала «от руки».
    При повороте свободного конца вала ротор (якорь) двигателя должен вращаться без каких-либо задеваний (о чем свидетельствуют характерные звуки) и заклинивания. Ротор двигателя должен сделать несколько оборотов. Если имеют место перечисленные неполадки, то это указывает на повреждения, полученные двигателем при транспортировке: нарушение воздушного зазора между статором и ротором (якорем), неполадки в подшипниках. В этом случае двигатель следует разобрать, найти и устранить повреждения.
  • Присоединение заземляющих проводов (шин).
    Заземляющих проводов должно быть не менее двух (по количеству заземляющих болтов на двигателе); место присоединения заземляющих проводов (шин) должно быть очищено от краски, ржавчины либо другого загрязнения.
  • Измерение сопротивления электрической изоляции обмоток.
    Известно, что электрическая изоляция обмоток электрической машины обладает гигроскопичностью (влагопоглощением), поэтому при продолжительном нахождении машины на складе либо другом помещении в изоляцию обмоток проникает влага и ее электрическое сопротивление резко снижается. В связи с этим прежде чем включать двигатель в сеть, необходимо проверить электрическое сопротивление изоляции каждой обмотки относительно корпуса (земли) и сопротивление изоляции между обмотками.
    Нормы сопротивления изоляции установлены либо в стандартах (ГОСТ), либо в технических условиях (ТУ) на конкретные типы электрических машин с обязательным указанием температуры, при которой должны проводиться измерения. В соответствии с правилами технической эксплуатации электроустановок (ПТЭ) при температуре изоляции, равной температуре окружающей среды, сопротивление изоляции обмоток низковольтных (Uном Литература.
    1.Справочник по электрическим машинам. М.М. Кацман. 2005.
    2.Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. 1988.

    Машины переменного тока. Описание классификация.

    Машины переменного тока бывают двух видов. Это синхронные машины и асинхронные. У синхронных машин скорость вращения ротора строго зависит от частоты переменного тока. Можно сказать скорость вращения «синхронна» с частотой тока. Не трудно догадаться, что у асинхронных машин частота вращения в общем случае зависит от нагрузки на валу, а не от частоты питающего тока.

    Кроме деления на синхронные и асинхронные электрические машины еще делятся по назначению. Это могут быть генераторы. То есть такая машина, которая преобразует механическую энергию вращения в переменный электрический ток. Машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую называется двигателем. Также существует еще один класс электрических машин. Они преобразуют электрическую энергию, тоже в электрическую, но другой частоты или напряжения.

    Синхронной машиной переменного тока называют такую машину, в которой: основное магнитное поле то есть поле статора создается постоянным током. В частном случае это может быть даже постоянный магнит. А вращение ротора происходит с частотой изменения тока.

    где n это частота, с которой вращается ротор, измеряется в оборотах в минуту. То есть, сколько полных оборотов совершит ротор за одну минуту.
    f частота питающего переменного тока
    p количество пар полюсов у магнитной системы машины

    Синхронные машины по большей части применяются в качестве электродвигателей и генераторов переменного тока. Преобразователи частоты из них, как правило, не делают. Основным достоинством синхронной электрической машины является то, что в ней легко регулировать скорость вращения вала. Поэтому их часто применяют в системах автоматики.

    Асинхронная машина это машина, в которой основное магнитное поле статора создаётся переменным электрическим током. А скорость вращения вала не связана жёсткой зависимостью с частотой питающего тока. Асинхронные машины делятся на коллекторные и без коллекторные. Коллекторные машины применяются крайне редко так как они более дороги в производстве, а надежность их ниже. Асинхронные электрические машины чаще всего используются в качестве электродвигателей.

    Любая машина хоть синхронная хоть асинхронная способна работать в обоих режимах. То есть как электродвигатель, так и генератор переменного тока.

    Большая Энциклопедия Нефти и Газа

    Электрическая машина — переменный ток

    Электрические машины переменного тока подразделяют на синхронные, асинхронные и коллекторные. Наиболее распространены синхронные генераторы и асинхронные двигатели; коллекторные электродвигатели переменного тока позволяют легко осуществить регулирование скорости, что в асинхронных электродвигателях затруднительно. Однако из-за высокой стоимости и сложности конструкции коллекторные электродвигатели переменного тока широко не применяются. Электрические машины постоянного тока оборудуются механическим преобразователем — коллектором. Они бывают с последовательным, параллельным, смешанным, а также с независимым возбуждением. Электродвигатели постоянного тока применяют для привода механизмов, требующих плавной регулировки скорости. [1]

    Электрические машины переменного тока по принципу деТТстМя разделяют на синхронные, скорость вращения ротора которых при заданной частоте сети постоянна и определяется скоростью вращения магнитного поля статора, и асинхронные, у которых скорость вращения ротора не совпадает со скоростью магнитного поля и изменяется в зависимости от нагрузки. [2]

    Электрические машины переменного тока по принципу действия разделяют на синхронны е, скорость вращения ротора которых при заданной частоте сети постоянна и определяется скоростью вращения магнитного поля статора, и асинхронные, у которых скорость вращения ротора не совпадает со скоростью магнитного поля и изменяется в зависимости от нагрузки. [3]

    Электрические машины переменного тока — асинхронные и синхронные, несмотря на различия в устройстве и конструкции, имеют много общего в принципе работы и теории. В этих машинах при прохождении по обмоткам статора или ротора переменного тока, синусоидально изменяющегося во времени, создается вращающееся магнитное поле. Это поле, в свою очередь, пересекает обмотки статора и ротора ( или одну из них) и наводит в них переменную ЭДС. Общность физических процессов обусловливает общность теории и сходность конструкции многофазных обмоток переменного тока и принципов устройства статора асинхронной машины и якоря синхронной машины. [4]

    Электрические машины переменного тока представляют собой также совокупность магнитно-связанных электрических контуров. Это приводит к непостоянству коэффициентов взаимной индукции, а в явнополюсных машинах и коэффициентов самоиндукции обмоток якоря. В этом случае дифференциальные уравнения равновесия напряжений контуров являются уравнениями с периодическими коэффициентами. [5]

    Электрическая машина переменного тока представляет собой электромеханическую систему, состоящую из неподвижного статора с расположенными на нем статорными обмотками и вращающегося ротора с расположенными на нем роторными обмотками. На рис. 4.1 изображена трехфазная явнополюсная синхронная машина. Обмотки статора а, Ь, с подсоединены к внешней трехфазной системе. В учебнике [1] показано, что токи ia, /, ic этих обмоток создают в воздушном зазоре машины вращающееся магнитное поле. На роторе расположены обмотка возбуждения /, подсоединенная к цепи возбуждения, и демпферные обмотки D и Q, замкнутые накоротко. Взаимодействие токов обмоток статора и ротора создает вращающий момент, который и используется при работе машины. [6]

    Электрические машины переменного тока разделяются, кроме того, на две группы — синхронные и асинхронные машины. Чтобы уяснить признак данной классификации, рассмотрим устройство электрических машин. [7]

    Электрические машины переменного тока имеют общие принципы устройства и, следовательно, общие принципы проектирования. [8]

    Электрические машины переменного тока — асинхронные и синхронные, несмотря на различия в устройстве и конструкции, имеют много общего в принципе работы и теории. В этих машинах при прохождении по обмоткам статора или ротора переменного тока, синусоидально изменяющегося во времени, создается вращающееся магнитное поле. Это поле, в свою очередь, пересекает обмотки статора и ротора ( или одну из них) и наводит в них переменную ЭДС. Общность теории обусловливает сходность конструкции многофазных обмоток переменного тока и принципов устройства статора асинхронной машины и якоря синхронной машины. [9]

    Электрические машины переменного тока разделяются на два класса: синхронные машины, которые преимущественно применяются как генераторы переменного тока, и асинхронные машины, используемые в основном в качестве двигателей переменного тока. [10]

    Электрические машины переменного тока , у которых между числом периодов генерируемого или потребляемого переменного тока и частотой вращения существует жесткая взаимосвязь, называются синхронными. [11]

    Электрические машины переменного тока имеют распределенные по статору катушки с трехфазной обмоткой ( см. рис. 17.1, 17.5, 17.7), и в магнитной цепи этих машин образуется переменное поле. Принцип действия магнитных усилителей основан на регулировании закона изменения во времени переменного магнитного потока, проходящего в той же магнитной цепи. Электромагнитные схемы этих усилителей изображены на рис. 14.1. На рис. 24.12, 24.15, 24.16 изображены магнитные цепи контакторов и реле переменного тока, применяемых в схемах управления и защиты электрических машин. [12]

    Электрические машины переменного тока изготовляются для питания от однофазных и трехфазных электрических сетей. В зависимости от этого машины выполняются трехфазными или однофазными. [13]

    Электрические машины переменного тока , у которых между числом периодов генерируемого или потребляемого тока и частотой вращения существует жесткая взаимосвязь, называются синхронными. [14]

    Электрические машины переменного тока , у которых между числом периодов генерируемого или потребляемого переменного тока и частотой вращения существует жесткая взаимосвязь, называются синхронными. [15]

    Электрические машины переменного тока
    » особенности и работа переменных электромашин.

    Тема: особенности и работа электрических машин переменного тока.

    Из самого названия понятно, что отличительной особенностью данного рода электрических машин является то, что они функционируют на переменном токе. Если при постоянном токе электрические заряженные частицы перемещаются только в одном направлении, и могут в определённом диапазоне менять свою интенсивность (величина разности потенциалов, напряжение), то у переменного тока появляются новые характеристики — такие как частота, её форма и т.д. Что естественным образом влияет на непосредственную конструкцию и принцип действия электрической машины. В статье разберём основные особенности и работу электрических машин переменного тока.

    Электромашины переменного тока представляют собой электротехнические устройства, которые являются своеобразными преобразователями электрической энергии, в основе принципа действия которых лежат силы Лоренца и явление электромагнитной индукции, работающие на переменном токе. К таким электромашинам относятся много разновидностей — электродвигатели, электрогенераторы, сельсины, трансформаторы. Итак, двигатели и генераторы по принципу действия разделяются на синхронные и асинхронные. Что бы было ясно дальнейшее объяснение хочу сказать о следующем.

    Главной особенностью электрических машин переменного тока, что электрическую энергию преобразуют в механическую или наоборот, является взаимодействие магнитных полей, одно из которых является вращающимся, динамическим (получаемое в силу работы переменного тока — циклические изменения силы тока и напряжения, как по величине, так и по полюсам), а другое поле в определённом смысле статическое, постоянное. Следовательно, для получения движения ротора движущееся магнитное поле должно действовать на постоянное поле, что и порождает механическое движение вала машины. Это ближе к электродвигателям, у генераторов работа проходит по иному принципу. Есть два различных принципа работы переменных электромашин (двигателей и генераторов) — синхронные и асинхронный.

    Общий принцип работы асинхронной электрической машины переменного тока заключается в следующем. Разберём классический вариант трёхфазника. Имеются на статоре три обмотки, к которым подключают три электрические фазы. Из электротехники известно, что трёхфазный ток представляет собой циклическое изменение величин тока и напряжения плавно перетекающее по кругу (обычная плавно меняющаяся синусоида). То есть, максимум электрической мощности плавно переходит из одной точки, обмотки в другую, естественно на противоположной стороне круга будет минимум мощности. Так вот при подачи трёхфазного напряжения на три обмотки статора асинхронного электродвигателя мы имеем вращающееся магнитное поле, частота которой равна 50 Гц (стандартная производственная частота).

    Из электрофизики также известно, что при помещении электрического проводника в переменное магнитное поле на его концах появляется разность потенциалов, а если его замкнут (соединить концы), потечёт ток, который образует вокруг себя своё магнитное поле. Вот это и используется в асинхронных электрических машинах. Внутри машины расположен короткозамкнутый ротор (является упрощённой обмоткой). Во вращающемся магнитном поле на нём наводится ЭДС и у него появляется собственное магнитное поле, что и отталкивается от поля статора. Учтите, что поле на короткозамкнутом роторе может возникнуть только в силу некоторого отставания одного поля от другого, по этому и называются эти машины асинхронными.

    У синхронных машин подобного отставания нет. Там поле индуктора (статического, постоянного магнитного поля) как бы цепляется за вращающееся поле якоря (подвижное, динамическое поле), что и ведёт к синхронной работе магнитных полей. Если в асинхронниках статическое поле является следствием работы динамического, то в синхронниках в определённом смысле причины появления вращающегося полями и поля статического независимы друг от друга, но их взаимодействие и позволяет осуществлять работу электрической машины переменного тока.

    Классификация и устройство машин переменного тока

    Основные виды машин переменного тока

    Машины переменного тока по количеству фаз делятся на много фазные и однофазные. Наиболее часто машины выполняются трехфазными в соответствии с применяемой в энергетических установках системой трехфазного тока. Для автоматических устройств и для бытовых электроприборов применяются двухфазные машины и иногда однофазные. В основе работы многофазных машин и некоторых однофазных лежит образование вращающегося магнитного поля.
    Каждая машина переменного тока, так же как машина постоянного тока, состоит из статора и ротора. По способу образования магнитного поля статора и ротора машины переменного тока делятся на две группы: асинхронные и синхронные.
    А. Асинхронная машина. Асинхронной машиной называется машина переменного тока, у которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки. Магнитное поле в асинхронной машине создается переменным током обмоток статора и ротора. Скорость вращения ротора отличается от скорости вращения поля.
    Асинхронные машины делятся на бесколлекторные и коллекторные. Бесколлекторные асинхронные машины являются наиболее распространенными электрическими машинами в народном хозяйстве и применяются главным образом в качестве двигателей. Коллекторные асинхронные машины имеют большее разнообразие характеристик по сравнению с бесколлекторными, используются также в качестве двигателей, но имеют ограниченное применение.
    Основным типом асинхронной бесколлекторной машины является трехфазный двигатель в двух главных исполнениях: двигатель с фазной обмоткой ротора (рис. 1,а) и двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора (рис. 1,6). Конструктивные схемы этих машин показаны на рис. 1, где 1 — сердечник статора, собранный из листовой электротехнической стали, 2 — трехфазная обмотка статора, включаемая в сеть переменного тока, 3 — сердечник ротора, 4 — фазная обмотка ротора, 5 — контактные кольца для соединения с пусковым или регулировочным реостатом, 6 — короткозамкнутая обмотка ротора.

    Рис. 1. Конструктивная схема трехфазного асинхронного двигателя: а — с фазной обмоткой ротора, б — с короткозамкнутой обмоткой ротора
    Б Синхронная машина. Синхронной машиной называется такая машина переменного тока, скорость вращения ротора которой равна скорости вращения первой гармоники поля статора и определяется

    Рис. 2. Конструктивная схема трехфазного синхронного генератора

    частотой / переменного тока в обмотке статора и количеством пар полюсов машины
    (1)
    Как правило, магнитное поле в синхронной машине создается обмоткой постоянного тока ротора и обмоткой переменного тока статора. В синхронных машинах малой мощности вместо обмотки постоянного тока на роторе используются постоянные магниты (магни-
    тоэлектрические синхронные машины) или же магнитное поле создается только переменным током обмотки статора (реактивные синхронные машины). Синхронные машины широко применяются в качестве генераторов трехфазного переменного тока на электростанциях и используются также в качестве электродвигателей.
    На рис. 2 изображена конструктивная схема трехфазной синхронной машины. Здесь 1 — сердечник статора, 2 — трехфазная обмотка статора, 3 — полюсы ротора с обмоткой постоянного тока, 4 — кольца для соединения обмотки ротора с источником постоянного тока, 5 — вентиляторы.

    Рис. 3. Основные типы синхронных машин: а — с явнополюсным ротором, б — с неявнополюсным ротором
    По устройству ротора различают два типа синхронной машины: машина с явнополюсным ротором, в которой катушки обмотки постоянного тока размещены на выступающих полюсах (рис. 3,а) и машина с неявнополюсным ротором, в котором распределенная обмотка постоянного тока уложена в пазы ротора (рис. 3,6).
    Явнополюсная синхронная машина изготовляется для скорости вращения до 1500 об /мин и используется в качестве генератора или двигателя. Наиболее крупные синхронные машины устанавливаются на гидроэлектростанциях и приводятся во вращение водяными турбинами со скоростью до 300 об/мин.
    Неявнополюсная синхронная машина используется в основном как генератор на тепловых электростанциях и приводится во вращение паровой турбиной со скоростью обычно 3000 об/мин (при частоте 50 Гц).

    Общие элементы устройства и теории машин переменного тока

    Обмотки статора обычно присоединяются к сети переменного тока и создают вращающееся магнитное поле, поэтому устройство этой части асинхронных и синхронных машин получается одинаковым. Сердечник статора изготовляется из листовой электротехнической
    стали толщиной 0,5 мм.

    На внутренней поверхности статора имеются пазы, в которые уложена обмотка. Форма паза зависит главным образом от мощности машины.

    Рис. 4. Частично открытый паз
    При мощности до 100 кет и напряжении до 500 в применяются частично открытие пазы (рис. 4). Изоляция обмотки от сердечника обычно трехслойная: два слоя электрокартона и между ними слой лакоткани или синтетической пленки. Общая толщина изоляции 0,3—0,7 мм. Стороны 1 мягких катушек из круглого провода укладывают через открытие 3 паза по одному или по нескольку проводников, затем края изоляции загибают и, таким образом, закрывают каждый паз. Стороны катушки в пазу удерживаются клином 2 из дерева или слоистого пластика.

    Рис. 5. Частично закрытый паз и изоляция обмотки
    1 — прокладка из электрокартона пропитанного, толщиной 0,2 мм,
    2 — лента миткалевая впритык, толщиной 0,15 лык, 3 — прокладка из электрокартона, толщиной 0,5 мм, 4— электрокартон пропитанный, толщиной 0,20 мм в 1 слой, 5 — лакоткань черная толщиной 0,3 мм в 1 слой, в — электрокартон пропитанный, толщиной 0,10 мм

    впритык, 7 — прокладка из электрокартона толщиной 0,2 мм
    Рис. 6. Открытый паз и изоляция обмотки
    1 — прокладка из электрокартона (толщиной 0,5 лик), 2 — прокладка из миканита (толщиной 0,2 лык), 3 — микафолий (9 слоев толщиной 0,25 лш), 4 — электрокартон (1 слой толщиной 0.15 лык), 5 — прокладка из электрокартона толщиной 1,7 лык

    Частично закрытые пазы (рис. 5) применяются для машин мощностью до 400 кет и напряжением до 500 в. В этом случае каждая катушка состоит из двух полукатушек, намотанных прямоугольным проводом. Полукатушкам придают окончательную форму на специальных шаблонах до укладки в пазы.
    В машинах большой мощности и при напряжении выше 500 в катушки изготовляются из прямоугольного провода и изолируются до укладки в прямоугольные пазы (рис. 6).

    ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

    ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ, машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила (ЭДС). Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила.

    Все электрические машины вращательного типа делятся на машины постоянного и переменного тока.

    ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

    Теория.

    На рис. 1,а показан виток провода abcd, вращающийся по часовой стрелке вокруг оси 00 ў в магнитном поле между северным (N) и южным (S) полюсами магнита. Направление мгновенной наведенной ЭДС показано стрелками ab и cd; величина и знак ЭДС для положений 1, 2, 3 и 4 приведены на графике рис. 1,б. Когда плоскость витка перпендикулярна полю (положения 1 и 3), ЭДС равна нулю; когда же плоскость витка параллельна полю (положения 2 и 4), ЭДС максимальна. Кроме того, направление ЭДС в боковых частях витка (скажем, ab), когда они проходят мимо северного полюса, противоположно ее направлению при прохождении мимо южного полюса. Поэтому ЭДС меняет знак через каждую половину оборота в точках 1 и 3, так что в витке генерируется переменная ЭДС и, стало быть, течет переменный ток. Если предусмотреть в конструкции токособирательные (контактные) кольца, то переменный ток пойдет во внешнюю цепь.

    Конструкция.

    Генератор постоянного тока должен давать ток, который всегда течет в одном направлении. Для этого нужно переключать контакты внешней цепи в тот момент, когда ЭДС падает до нуля, прежде чем она начнет нарастать в другом направлении. Это делается с помощью коллектора, схематически изображенного на рис. 1,в. В показанном простейшем случае он представляет собой кольцо, разрезанное на две части по диаметру. Один конец витка присоединен к одному из полуколец, другой – к другому. Щетки расположены так, что они перекрывают зазоры между полукольцами, когда плоскость витка перпендикулярна магнитному полю (в положениях 1 и 3) и ЭДС равна нулю. Как явствует из рисунка, каждый раз, когда ЭДС меняет знак, переключаются концы внешней цепи, так что ток в ней течет всегда в одном направлении (рис. 1,г). Если к витку, показанному на рис. 1,в, добавить еще один, перпендикулярный ему, то его ЭДС будет соответствовать кривой bb, сдвинутой относительно первоначальной на 90 ° (рис. 2). Полная ЭДС будет соответствовать сумме двух кривых, т.е. значительно более гладкой кривой e. На практике используется большое число витков и коллекторных сегментов (рис. 3), так что пульсации ЭДС незаметны.

    Генератор с параллельным возбуждением.

    Многие генераторы сами создают магнитное поле возбуждения (работают в режиме самовозбуждения). В генераторе с параллельным возбуждением, схема которого представлена на рис. 4, цепь возбуждения присоединена к зажимам якоря, причем предусмотрен последовательный реостат для изменения тока и, следовательно, напряжения генератора. Обмотка возбуждения состоит из большого числа витков сравнительно тонкой проволоки, так что ее сопротивление велико и ток возбуждения обычно не превышает 0,5–3% номинального выходного тока генератора. Генератор развивает свое напряжение от нуля за счет небольшого остаточного магнетизма в железной магнитной цепи. Якорь пересекает это слабое поле, и в обмотке возбуждения появляется слабый ток. Его направление таково, что создаваемое им слабое поле возбуждения добавляется к остаточному полю. В результате начинает увеличиваться наводимая ЭДС, снова увеличивается ток возбуждения, а с ним и магнитное поле. ЭДС начинает быстро нарастать, и ее рост ограничивается только реостатом в цепи возбуждения и магнитным насыщением железа.

    Генератор со смешанным возбуждением.

    При подключении нагрузки к генератору с параллельным возбуждением напряжение на его зажимах падает, в частности, из-за того, что нагрузка отбирает часть тока возбуждения. Такое понижение нежелательно по многим соображениям: это может приводить, например, к изменению яркости осветительных ламп и пр. Его можно исключить, добавив еще одну обмотку возбуждения, соединенную последовательно либо с нагрузкой (короткий шунт), либо с якорем (длинный шунт), как показано на рис. 5. Тогда ток нагрузки будет проходить через последовательную обмотку возбуждения и увеличивать магнитное поле. Степень компаундирования можно регулировать посредством переменного резистора с малым сопротивлением, шунтирующего последовательную обмотку возбуждения (рис. 5). Если напряжение в отсутствие нагрузки равно напряжению при номинальной нагрузке, то генератор называется плоско-компаундированным (кривая В на рис. 6); если напряжение под нагрузкой больше, чем в ее отсутствие, то он – перекомпаундированный (кривая А). Недокомпаундированные генераторы (кривая D) используются редко.

    Применение.

    Некогда генераторы постоянного тока были основными источниками электроэнергии в крупных городах, но затем их вытеснили генераторы переменного тока. В настоящее время их применяют в основном в сочетании с электродвигателями постоянного тока в промышленности и на транспорте.

    ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

    Генераторы постоянного тока удовлетворительно работают как двигатели и при тех же номинальных параметрах не требуют изменений в конструкции. Например, генератор с параллельным возбуждением, рассчитанный на 10 кВт и 230 В, будет вполне удовлетворительно работать как электродвигатель мощностью 10 кВт при напряжении 230 В и той же частоте вращения. Точно так же генератор со смешанным возбуждением удовлетворительно работает как электродвигатель с возбуждением того же типа. Однако последовательную обмотку возбуждения придется переключить наоборот, чтобы она помогала параллельной. Генераторы с последовательным возбуждением редко применяются, но двигатель с последовательным возбуждением очень полезен, особенно как тяговый в городском электрическом транспорте.

    Теория.

    Принцип действия электродвигателя иллюстрирует рис. 7. На рис. 7,а провод с током, направленным от читателя (кружок с крестиком, изображающим задний, оперенный конец стрелы), перпендикулярен магнитному полю, существующему между магнитными полюсами N и S. Магнитный поток вокруг провода, создаваемый его током, направлен по часовой стрелке. Он увеличивает магнитное поле над проводом и уменьшает его под проводом. Магнитные силовые линии, подобно упругим нитям, стремящимся сократиться, действуют на провод с силой F, направленной вниз. Когда ток в проводе направлен так, как показано точкой на рис. 7,б (символизирующей острие стрелы, летящей навстречу), магнитное поле усиливается под проводом и ослабляется над ним, и сила F, действующая на провод, направлена вверх. На рис. 7,в изображен простой виток провода (такой же, как и на рис. 1,а), расположенный параллельно оси полюсов. В этом случае возникает вращающий момент 2Fd, стремящийся повернуть виток по часовой стрелке. Чтобы такое вращение поддерживалось, направление тока в витке должно измениться на обратное, когда последний перейдет через вертикальное положение. Для этого необходим коллектор (такой же, как на рис. 1,в), изменяющий направление тока после каждой половины оборота.

    Конструкция.

    Якорь двигателя постоянного тока обычно имеет большое число витков провода и соответствующих им секций коллектора, так что при заданных токе якоря и напряженности магнитного поля вращающий момент практически постоянен. На рис. 7,г представлен якорь двигателя постоянного тока (в разрезе), находящийся в магнитном поле между двумя полюсами магнита. Вращающий момент, действующий на якорь, пропорционален напряженности магнитного поля и току в обмотке якоря. Момент на выходном валу двигателя несколько меньше теоретического значения, поскольку часть его затрачивается на преодоление трения, а часть теряется из-за вихревых токов и гистерезиса в железе якоря.

    В двигателе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединяется к зажимам источника неменяющегося напряжения, так что магнитное поле почти постоянно. Поэтому вращающий момент пропорционален току якоря (рис. 8). На рис. 9 представлена схема включения двигателя с последовательным возбуждением, в которую входит пусковое устройство. Обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, а потому, если пренебречь насыщением железа, магнитное поле пропорционально току якоря. Если ток якоря увеличить вдвое, то магнитное поле удвоится, а вращающий момент увеличится в 4 раза. Таким образом, в двигателе с последовательным возбуждением вращающий момент пропорционален квадрату тока якоря (кривая А на рис. 8). В двигателе же со смешанным возбуждением параллельная обмотка возбуждения создает постоянное магнитное поле, а последовательная (если пренебречь насыщением) – пропорциональное току в ней. Поэтому вращающий момент такого двигателя возрастает с увеличением нагрузки быстрее, чем для двигателя с параллельным возбуждением, но медленнее, чем для двигателя с последовательным (кривая В на рис. 8).

    Механическая характеристика.

    Поскольку якорь двигателя вращается в магнитном поле, в проводниках якоря, как и в генераторе, наводится ЭДС Е. Но эта ЭДС противоположна току якоря и напряжению V во внешней цепи на входных зажимах. Можно показать, что частота вращения двигателя равна KsE j , где Ks – постоянный множитель, Е – противо-ЭДС, а j – магнитный поток.

    Двигатель с параллельным возбуждением.

    Противо-ЭДС немного уменьшается с увеличением нагрузки, что связано с падением напряжения на обмотке якоря, составляющим 2–7% выходного напряжения V. Поскольку обмотка возбуждения присоединена к зажимам источника неизменяющегося напряжения, поток j почти постоянен. Поэтому частота вращения немного падает с увеличением нагрузки, как показывает кривая С на рис. 10. Двигатели с параллельным возбуждением применяются в тех случаях, когда требуется почти постоянная частота вращения, – в силовых передачах с постоянной частотой вращения, в металлорежущих станках, печатных машинах. Частоту вращения можно задавать и регулировать, изменяя ток возбуждения посредством реостата в цепи возбуждения.

    Двигатель с последовательным возбуждением.

    Противо-ЭДС отличается от напряжения на выходных зажимах на 3–8% – таково падение напряжения на последовательной обмотке возбуждения и на обмотке якоря. Магнитный поток пропорционален току якоря (в пренебрежении насыщением). Поэтому частота вращения приблизительно обратно пропорциональна току якоря (кривая А на рис. 10). Когда этот ток приближается к нулю, частота вращения быстро нарастает, т.е. двигатель выходит из-под контроля. Поэтому двигатель с последовательным возбуждением должен быть жестко связан с нагрузкой (например, посредством зубчатой передачи или другого устройства, ограничивающего частоту вращения). Благодаря быстрому нарастанию вращающего момента с увеличением тока такой двигатель очень подходит в качестве тягового для поездов метро и железнодорожных электровозов, для которых требуются большие пусковые моменты, быстрое ускорение и большие вращающие моменты при преодолении подъемов. Он применяется также на подъемниках, кранах и в автомобильных стартерах.

    Двигатель со смешанным возбуждением.

    Магнитный поток j в двигателе с увеличением тока возрастает, а частота вращения быстро падает (кривая В на рис. 10). В отличие от двигателя с последовательным возбуждением у двигателя со смешанным возбуждением частота вращения не нарастает беспредельно в отсутствие нагрузки. Такие двигатели применяются для лифтов, поскольку последовательная обмотка возбуждения создает большой вращающий момент, необходимый для быстрого ускорения, а параллельная обеспечивает постоянную частоту вращения после разгона. Они также незаменимы в приводах, требующих периодического приложения больших вращающих моментов – для мощных ножниц, штампов, прессов и прокатных станов. При уменьшении тока сам двигатель и другие вращающиеся элементы, например маховики, передают нагрузке свою кинетическую энергию, что позволяет существенно снизить пиковые нагрузки энергоблоков.

    Пуск двигателей постоянного тока.

    Ток в электродвигателе ограничивается противо-ЭДС. В момент пуска противо-ЭДС равна нулю, и если обмотка якоря включена непосредственно в сеть, ток может в 15–40 раз превысить номинальное значение. На рис. 11 представлен четырехполюсный пускатель для двигателя с параллельным возбуждением. При пуске резистор, соединенный последовательно с обмоткой якоря, постепенно выводится поворотом ручки пускателя вправо, якорь разгоняется, и возникает необходимая противо-ЭДС. Противодействующая пружина стремится вернуть в исходное положение ручку, которая удерживается в рабочем положении соленоидом, включенным в сеть. При аварийном обесточивании сети соленоид остается без питания, и под действием пружины ручка пускателя перескакивает в исходное положение. Поэтому, когда напряжение в сети восстанавливается, обмотка неподвижного якоря не оказывается включенной непосредственно в сеть. Пускатель двигателя с последовательным возбуждением устроен почти так же (рис. 9), но в нем не предусмотрен соединительный зажим для параллельной обмотки возбуждения.

    Коммутация.

    Самая большая проблема в работе с машинами постоянного тока – коммутация. Этим, в частности, ограничивается максимальная проектная мощность генераторов постоянного тока; коммутация не позволяет также сильно повышать рабочие частоты вращения больших машин.

    Чтобы коммутация осуществлялась без искрения, ток и, следовательно, наведенная ЭДС в коммутируемом витке должны быть равны нулю в момент коммутации. Это не выполняется по двум причинам. Под нагрузкой ток обмотки якоря создает магнитное поле, поперечное по отношению к создаваемому магнитными полюсами, а также магнитный поток в зоне коммутации. Коммутируемые витки пересекают этот поток, и в них наводится ЭДС. Кроме того, ток в витках якоря создает магнитный поток, которым сцеплены эти витки. Когда этот ток резко меняет направление на обратное за очень малое время коммутации, возникает ЭДС самоиндукции. Обе ЭДС, хотя они и невелики, создают большой ток в короткозамкнутом витке с малым сопротивлением. Поскольку почти все сопротивление короткого замыкания приходится на контакт щетки с коллектором, используются угольные щетки, обладающие высоким контактным сопротивлением, с графитовой добавкой, которая служит смазкой, уменьшающей трение и износ поверхности коллектора. Для уменьшения искрения щетки следовало бы перемещать при каждом изменении нагрузки в положение, отвечающее минимальной наведенной ЭДС. Но поскольку это практически неосуществимо, выбирают некое среднее положение, обеспечивающее удовлетворительную коммутацию только для одной нагрузки.

    В большинстве современных электромашин предусматриваются узкие добавочные полюса, расположенные между основными (рис. 12). Они возбуждаются обмотками, соединенными последовательно с якорем, и благодаря своему довольно большому воздушному зазору компенсируют в зоне коммутации поток, создаваемый током якоря, а кроме того, наводят в коммутируемых витках якоря ЭДС, компенсирующую ЭДС самоиндукции. Тем самым добавочные полюса устраняют необходимость в перемещении щеток при изменении нагрузки. В генераторе последовательность основных и добавочных полюсов (в направлении вращения) такова: NsSn (рис. 12,а), а в двигателе – NnSs (рис. 12,б).

    Применение.

    Двигатели постоянного тока имеют хорошие рабочие характеристики, а именно: широкий диапазон регулирования частоты вращения, возможность задания фиксированных частот вращения, быстрые разгон и торможение, постоянный вращающий момент и пригодность для автоматического регулирования, благодаря чему они находят все более широкое применение.

    Во многих непрерывных технологических процессах требуется подавать, причем часто на большой скорости, лист или ленту материала (бумаги, резины, стали) на вход машины или группы машин. В таких условиях необходимо быстро и точно регулировать натяжение листа. Неправильно установленное натяжение может приводить к разрыву листа или к снижению качества продукции. Регулирование натяжения необходимо и при намотке ленты; иначе натяжение будет слишком быстро нарастать с увеличением диаметра рулона, что тоже грозит разрывом ленты или ее нежелательным деформированием. По этим причинам в электроприводах постоянного тока применяется автоматическое регулирование. На выходе машины устанавливается датчик, сигнал которого поступает на блок сравнения регулятора. При наличии рассогласования между регулируемым параметром продукции и «уставкой» (его заданным значением) сигнал ошибки подается на исполнительный орган автоматического регулятора, который и устраняет рассогласование. Автоматические регуляторы приводов постоянного тока, переключая токи и напряжения, почти мгновенно изменяют частоту вращения двигателей постоянного тока. См. также АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ.

    СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

    Как уже упоминалось, в витке провода, вращающемся в постоянном магнитном поле, наводится переменная ЭДС. При этом не имеет значения, вращается ли виток в неподвижном магнитном поле или виток неподвижен, а вращается поле, – необходимо лишь их относительное вращение. В синхронных машинах частота вращения пропорциональна частоте переменного тока.

    Конструкция.

    В синхронных генераторах обмотку якоря (т.е. ту обмотку, в которой индуцируется ЭДС) обычно делают неподвижной (и называют обмоткой статора), а обмотку возбуждения – вращающейся (и называют обмоткой индуктора), причем машины с иным расположением обмоток называют обращенными. Дело в том, что напряжение на обмотке якоря нередко бывает большим (до 25 кВ); то же относится к рабочим токам. Если якорь неподвижен, то легче изолировать выводы его обмотки, присоединяемые к внешним токоведущим шинам. Обмотка возбуждения же обычно потребляет значительно меньше 1% генерируемой мощности и питается постоянным током при напряжении 125 или 250 В. Передача столь малой мощности при низком напряжении на обмотку вращающегося индуктора через щеточно-коллекторный аппарат не сопряжена с большими трудностями.

    Частота тока f связана с частотой вращения S и числом P полюсов статора или ротора соотношением f = SP/120 Гц. Если P = 4, а частота вращения S = 1800 об/мин, то f = (1800 ґ 4)/120 = 60 Гц. Такая частота (60 Гц) чаще всего применяется в электротехнике; она достаточно велика, чтобы не было заметно мигания осветительных ламп, но в то же время достаточно мала для удовлетворительной работы большинства машин. В отношении конструкции обмотки возбуждения синхронные генераторы бывают двух типов: с явнополюсными и неявнополюсными роторами. В генераторах с явнополюсными роторами полюса, несущие обмотки возбуждения, выступают из индуктора. Генераторы такого типа рассчитаны на сравнительно низкие частоты вращения; они подходят для работы с приводом от поршневых паровых машин, дизельных двигателей, гидротурбин. Паровые и газовые турбины используются для привода синхронных генераторов с неявнополюсными роторами. Ротор такого генератора представляет собой стальную поковку с выфрезерованными продольными пазами для витков обмотки возбуждения, которые обычно выполняются в виде медных пластин. Витки закрепляются в пазах клиньями, а поверхность ротора шлифуется и полируется для снижения уровня шума и потерь мощности, связанных с сопротивлением воздуха. Обмотки генераторов по большей части делают трехфазными, так что на выходных зажимах генератора вырабатываются три синусоидальных напряжения переменного тока, поочередно достигающих своего максимального (амплитудного) значения. Почти все мощные синхронные генераторы (и двигатели) охлаждаются водородом.

    СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

    Трехфазный синхронный генератор – обратимая машина, т.е. если обмотку якоря подключить к шинам трехфазного напряжения, а ротор довести до синхронной частоты вращения, то генератор будет работать как двигатель, создавая вращающий момент на валу. Синхронный двигатель почти всегда (исключение – микродвигатели) работает при многофазном питании обмоток статора, создающих вращающееся магнитное поле. Полюса ротора входят в синхронизм с полюсами статора и увлекаются ими (рис. 13). Поэтому при постоянной частоте напряжения питания частота вращения синхронного двигателя постоянна и равна

    Важное достоинство синхронного двигателя состоит в том, что он позволяет регулировать коэффициент мощности изменением тока возбуждения. Таким путем можно установить коэффициент мощности, равный 1. В случае недовозбуждения (ток возбуждения меньше номинального) двигатель потребляет ток, отстающий по фазе от напряжения питания, и действует как индуктивная нагрузка; в случае же перевозбуждения он потребляет ток, опережающий по фазе напряжение, и действует как емкостная нагрузка. Благодаря этой особенности синхронный двигатель представляет большую ценность с точки зрения регулирования энергетических систем. За счет реакции якоря ток, отстающий по фазе, усиливает возбуждение, а опережающий – ослабляет его. Как и в случае генератора, обе реакции противодействуют изменению возбуждения и тем самым повышают устойчивость системы.

    В отсутствие вращения момент на валу синхронного двигателя равен нулю. Чтобы он заработал, нужно довести его до частоты вращения, близкой к синхронной. Это можно сделать при помощи вспомогательного двигателя. Если синхронный двигатель служит приводным двигателем генератора постоянного тока, то последний можно использовать в качестве двигателя для разгона синхронного двигателя до синхронной частоты. Пуск синхронного двигателя можно также осуществлять при помощи асинхронного двигателя.

    В момент пуска ток обмотки якоря может в 3–8 раз превышать нормальное рабочее значение. Чрезмерное понижение напряжения источника питания предотвращают, понижая в этот период подводимое напряжение при помощи последовательно включаемого токоограничивающего реактора.

    АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

    Многофазные асинхронные двигатели.

    Принцип действия многофазных асинхронных двигателей состоит в том, что при определенном сдвиге по фазе между многофазными токами в многофазных обмотках они создают вращающееся магнитное поле. Такие многофазные обмотки обычно располагают в пазах на внутренней поверхности статора, набранного из тонких кольцевых пластин, стянутых по оси.

    В случае трехфазного переменного тока синхронная частота вращения N вращающегося поля равна

    где f – частота переменного тока, а Р – число полюсов.

    Ротор.

    Ротор многофазного асинхронного двигателя выполняется в виде шихтованного цилиндрического якоря, набранного из тонких кольцевых пластин с осевыми пазами. Существуют обмотки ротора двух видов: короткозамкнутая (типа «беличьей клетки») и фазная. Короткозамкнутая обмотка выполняется либо из медных стержней, заложенных в пазы и припаянных на концах к массивным торцевым кольцам, замыкающим их накоротко, либо из алюминиевых проводников в пазах и концевых колец, отлитых зацело непосредственно в сердечнике, помещенном в форму. Фазная обмотка состоит из отдельных обмоток для всех фаз, вложенных в пазы ротора, с выводами на токособирательные кольца. Щетки позволяют вводить в цепь ротора сопротивление для увеличения пускового момента, а иногда и для регулировки частоты вращения. Обычно статор – первичный элемент, к которому подводится питание, а ротор – вторичный, в котором наводятся токи.

    Вращающееся магнитное поле, создаваемое многофазными токами статора, наводит токи в проводниках ротора. Направление наведенных токов таково, что они, взаимодействуя с индуцирующим их полем, создают вращающий момент, действующий в направлении вращающегося магнитного поля. Таким образом, ротор вращается вслед за полем. Но он не может вращаться с той же частотой, так как тогда наведенные токи были бы равны нулю, а значит, отсутствовал бы вращающий момент. Поэтому неизбежно и необходимо «скольжение» ротора. Скольжение s определяется равенством

    где N2 – частота вращения ротора. Например, если синхронная частота вращения N четырехполюсного 60-Гц асинхронного двигателя равна 1800 об/мин, а частота вращения ротора – 1728 об/мин, скольжение равно s = (1800 – 1728)/1800 = 0,04, т.е. 4%. Частота токов ротора равна sf, где f – частота токов в статоре. Например, в упомянутом двигателе частота токов в роторе равна 0,04 ґ 60 = 2,4 Гц.

    Механическая характеристика.

    Когда вал ротора нагружается, возникает потребность в увеличении тока в проводниках ротора. Для этого должна увеличиться скорость пересечения магнитного потока статора, а, следовательно, с увеличением нагрузки должно увеличиваться скольжение ротора. Поскольку частота ротора возрастает с увеличением его скольжения, токи, наводимые в проводниках ротора, все больше и больше сдвигаются по фазе относительно магнитного потока, так что, пройдя через максимум, вращающий момент уменьшается.

    Это показано на рис. 14. Максимальный вращающий момент изменяется пропорционально квадрату сетевого напряжения и обратно пропорционально величине реактивного сопротивления ротора при нулевой частоте вращения, а следовательно, обратно пропорционально величинам индуктивности ротора и частоты статора; он не зависит от активного сопротивления ротора. Кривая 1 относится к двигателю с короткозамкнутым ротором. Пусковой момент (при скольжении 100%), как правило, равен полному моменту нагрузки или больше его. Двигатель с короткозамкнутым ротором прост, механически надежен, обладает высоким КПД и широко применяется в приводах с постоянной частотой вращения в тех случаях, когда не требуются большие пусковые моменты. Кривая 2 показывает, как влияет на характеристику увеличение сопротивления ротора. Максимальный вращающий момент не изменяется, но максимум смещается в сторону увеличения скольжения и, следовательно, уменьшения частоты вращения. Сделав сопротивление цепи ротора равным ее реактивному сопротивлению в отсутствие вращения, можно получить максимальный вращающий момент при пуске (кривая 3). Чтобы можно было вводить сопротивление в цепь ротора, нужен ротор с фазной обмоткой, концы которой были бы выведены на токособирательные кольца коллектора. Тогда с помощью внешнего реостата, выполняющего роль пускателя или контроллера, можно ввести в цепь ротора сопротивление и получить максимальный вращающий момент при пуске. После разгона ротора это сопротивление можно отключить, и тогда двигатель может работать на характеристике 1 или 2. Сопротивление фазного ротора не может быть сделано столь же малым, как обычное сопротивление короткозамкнутого, так что при прочих равных условиях скольжение такого ротора больше.

    Двигатель с последовательным возбуждением, в котором возбуждение максимально при пуске и уменьшается после его разгона до нормальной частоты вращения, обеспечивает большой вращающий момент.

    Двигатели с фазными роторами используются в тех случаях, когда требуются большие пусковые моменты, например, в электровозах и подъемниках, а также тогда, когда желательно регулирование частоты вращения.

    Применение в качестве генератора.

    Если асинхронный двигатель приводится во вращение с частотой, превышающей синхронную, то скольжение становится отрицательным, направление токов, наводимых в роторе, меняется на обратное по сравнению с направлением в двигателе, и машина работает как генератор. Возбуждение обеспечивается исключительно линией переменного тока, причем ток возбуждения отстает по фазе от тока в режиме двигателя и опережает ток в режиме генератора. Выходное напряжение генератора приблизительно пропорционально скольжению ротора. Частота напряжения не зависит от частоты вращения ротора и полностью определяется частотой в линии, обеспечивающей возбуждение, так что генератор оправдывает свое название асинхронного. Генератор не может работать в режиме самовозбуждения и потому при эксплуатации нуждается в параллельном синхронном генераторе для питания цепи возбуждения.

    В качестве энергоблока асинхронный генератор имеет много недостатков и редко применяется. Он может давать только опережающий ток, а, следовательно, синхронный генератор, работающий параллельно с ним, должен не только давать запаздывающие (реактивные) киловольт-амперы, необходимые для системы, но еще и обеспечивать возбуждение асинхронного генератора. Воздушный зазор асинхронного генератора мал, и при его проектировании приходится уделять много внимания снижению потерь в зубцах статора и ротора. Однако у асинхронных двигателей, используемых в приводах железнодорожных локомотивов, имеется то очень важное преимущество, что при движении под уклон они превращаются в генераторы и возвращают электроэнергию в линию за счет т.н. рекуперативного торможения. В лифтах и шахтных подъемниках благодаря переходу двигателей в режим генератора обеспечивается динамическое торможение, а тем самым плавное замедление оборудования и экономия на износе механических тормозов.

    ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

    Если один провод трехфазного питания работающего асинхронного двигателя отключить, так что питание окажется однофазным, то он будет продолжать работать, хотя его номинальная мощность уменьшится примерно до 60% номинальной мощности в трехфазном режиме. Если же однофазное питание подвести к неработающему двигателю, то он сам собой не заработает. Приведя его ротор во вращение в любом направлении, можно получить вращающий момент, действующий в этом же направлении, и, если крутящий момент нагрузки мал, ротор будет набирать обороты. Рабочие характеристики двигателя можно объяснить на основе теории двух вращающихся полей, предложенной Г. Феррарисом. Всякое однофазное синусоидально пульсирующее магнитное поле можно представить в виде суммы двух равных полей, вращающихся в противоположных направлениях. На рис. 15 через Т1 и Т2 обозначены графики вращающий момент – скольжение для двух таких полей (ср. с рис. 14); один из моментов положителен, другой – отрицателен. Когда скольжение равно нулю (синхронная частота вращения) для одного поля, оно равно 2,0 для другого. Следовательно, при частоте, синхронной для одного из полей, другое поле наводит в роторе токи с удвоенной частотой. Однако реактивное сопротивление ротора для токов с удвоенной частотой вдвое больше, чем в отсутствие вращения, так что токи с удвоенной частотой малы. Кривая Т на рис. 15 дает результирующий момент, равный нулю в отсутствие вращения. Но если двигатель ускорить в направлении любого из моментов, то этот момент быстро станет доминирующим и двигатель сможет разогнаться до рабочей частоты вращения.

    ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

    Направление вращающего момента, создаваемого двигателем постоянного тока с последовательным возбуждением, одинаково при любой полярности проводов питания. Поэтому двигатель с последовательным возбуждением может работать на переменном токе. Но для того чтобы двигатель постоянного тока хорошо работал на переменном токе, в его конструкцию нужно внести ряд изменений. Магнитная цепь обмотки возбуждения должна быть шихтованной, чтобы были сведены к минимуму вихревые токи. Для того чтобы реактивное падение напряжения на последовательной обмотке возбуждения было приемлемо низким, число витков должно быть велико. Чтобы был достаточно велик магнитный поток возбуждения, воздушный зазор должен быть уменьшен. Но тогда будет велика реакция якоря, что вызовет искажение магнитного потока и увеличит трудности с коммутацией и с пониженным коэффициентом мощности. Поэтому потребуется обмотка для компенсации ампер-витков перекрестного намагничивания. Эта обмотка укладывается в пазы полюсных наконечников и соединяется последовательно с обмоткой якоря. Кроме того, необходимы добавочные полюса, обмотки которых соединяются последовательно с якорем и шунтируются резистором, чтобы магнитный поток, создаваемый добавочными полюсами, был в правильной фазе, необходимой для компенсации трансформаторной ЭДС в замкнутых накоротко коммутируемых витках. Чтобы реактивное падение напряжения на последовательных обмотках возбуждения, а также все другие реактивные падения напряжения не превышали допустимого уровня, частота должна быть как можно ниже. Для больших железнодорожных двигателей переменного тока с последовательным возбуждением обычна, например, частота 25 Гц.

    Двигатели переменного тока с последовательным возбуждением часто применяются на тяжелых электровозах. В США электропитание 11 кВ, 25 Гц подводится к электровозу через верхний токоприемник и понижается автотрансформаторами до 250 В. В некоторых районах, где применяется система третьего рельса с напряжением 600 В постоянного тока, электровозы работают с двумя двигателями, включенными последовательно.

    Без больших трудностей можно использовать на питании переменного тока двигатели (с последовательным возбуждением) малой мощности, если магнитные цепи их обмотки возбуждения выполнены из шихтованного железа. Такие двигатели могут работать и на постоянном токе. Они широко применяются в пылесосах, кухонных миксерах, электродвигателях, кинопроекторах, медицинской аппаратуре и других устройствах, где требуются большой вращающий момент и регулируемая частота вращения.

    Электрические двигатели

    Электродвигатель – устройство для преобразования электроэнергии во вращательное движение вращающейся части электрической машины. Преобразование энергии в двигателях происходит за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и ротора. Эти электрические машины широко используются во всех отраслях промышленности, в качестве привода электротранспорта и инструментов, в системах автоматизации, бытовой техники и так далее.

    Существует множество видов электродвигателей, различающихся по принципу действия, конструкции, исполнению и другим признакам. Рассмотрим основные типы этих электрических машин.

    По принципу действия различают магнитоэлектрические и гистерезисные электрические машины. Несмотря на простоту конструкции, высокий пусковой момент, последние не получили широкого распространения. Эти электродвигатели имеют высокую цену, низкий коэффициент мощности, ограничивающие их применение. Подавляющее большинство выпускаемых электродвигателей – магнитоэлектрические.

    По типу напряжения питания различают:

    • Электродвигатели постоянного тока.
    • Двигатели переменного тока.
    • Универсальные электрические машины.

    По конструкции различают электродвигатели с горизонтально и вертикально расположенным валом. Корме того, электрические машины классифицируют по назначению, климатическому исполнению, степени защиты от попадания влаги и посторонних предметов, мощности и другим параметрам.

    Классы электродвигателей:

    • Постоянного тока
      • Бесщеточные ЕС (электронно-коммутируемые)
      • Со щетками
        • С последовательным возбуждением
        • С параллельным возбуждением
        • Со смешанным возбуждением
        • С постоянными магнитами
    • Переменного тока
      • Универсальные
      • Синхронные
      • Индукционные
        • Однофазные
        • Трехфазные

    Таблица классификации электронных двигателей:

    Электродвигатели постоянного тока

    Двигатели постоянного тока широко применяются в качестве привода электротранспорта, промышленного оборудования, а также микропривода исполнительных механизмов. Такие электрические машины обладают следующими преимуществами:

    • Возможность регулировки частоты вращения путем изменения напряжения в обмотке возбуждения. При этом крутящий момент на валу ДПТ (двигатели постоянного тока) остается неизменным.
    • Высокий к.п.д. (коэффициент полезного действия) у машин постоянного тока несколько выше, чем у самых распространенных асинхронных двигателей переменного тока. При неполной нагрузке на валу к.п.д. ДПТ выше на 10-15%.
    • Возможность изготовления ДПТ небольших габаритов. Практически все используемые микроприводы рассчитаны на постоянный ток.
    • Простота схем управления. Для пуска, реверса и регулирования скорости и момента не требуется сложного электронного оборудования и большого количества аппаратов для коммутации.
    • Возможность работы в режиме генератора. Электродвигатели такого типа можно использовать в качестве источников постоянного тока.
    • Высокий пусковой момент. ДПТ используют в составе электроприводов кранов, тяговых и грузоподъемных механизмов, где требуется запуск под значительной нагрузкой.

    ДПТ различают по способу возбуждения, они бывают:

    • С постоянными магнитами. Такие двигатели отличаются малыми габаритами. Основная область их применения – микроприводы.
    • С электромагнитным возбуждением.

    Электрические машины с электромагнитами такого типа получили самое широкое распространение. Их классифицируют по способу подключения обмотки статора:

    • Двигатели с параллельным возбуждением. Обмотки якоря и статора в электрической машине такого типа соединены параллельно. Такие электрические машины не требуют дополнительного источника питания для обмотки возбуждения, скорость вращения ротора практически не зависит от нагрузки. Их используют для привода металлорежущих станков и другого оборудования.
    • Электродвигатели с последовательно включенной обмоткой статора. ДПТ этого типа имеют значительный пусковой момент. Их применяют в качестве привода электротранспорта и промышленных установок с необходимостью пуска под нагрузкой.
    • Двигатели с независимым возбуждением. Для питания обмотки статора таких электромашин используется независимый источник постоянного тока. ДПТ такого типа отличаются широким диапазоном регулирования скоростей.
    • Электрические машины со смешанным возбуждением. Электромагнит возбуждения в таких двигателях поделен на 2 части. Одна из них включена параллельно, вторая последовательно обмотке якоря. Электрические машины такого типа используются в механизмах и оборудовании, где необходим высокий пусковой момент, а также переменная и постоянная скорость при переменном моменте.

    Электродвигатели переменного тока

    Электрические машины такого типа широко используют для приводов всех типов технологического оборудования, электроинструментов, автоматических регуляторов. По наличию разности между скоростью вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора различают синхронные и асинхронные двигатели.

    Асинхронные электродвигатели

    Благодаря дешевизне и простоте конструкции электрические машины такого типа получили самое широкое распространение. Их принципиальное отличие – наличие так называемого скольжения. Это разность между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электрической машины и скоростью вращение ротора. Напряжение на вращающейся части индуцируется за счет переменного магнитного поля обмоток статора двигателя. Вращение вызывает взаимодействие поля электромагнитов неподвижной части и магнитного поля ротора, возникающего под влиянием наведенных в нем вихревых токов. По особенностям обмоток статора выделяют:

    • Однофазные двигатели переменного тока. Двигатели такого типа требуют для пуска наличия внешнего фазосдвигающего элемента. Это может быть пусковой конденсатор или индуктивное устройство. Область применения однофазных двигателей – маломощные приводы.
    • Двухфазные электрические машины. Такие двигатели имеют 2 обмотки со смещенными относительно друг друга фазами. Их также используют для бытовых устройств и оборудования, имеющего небольшую мощность.
    • Трех- и многофазные электродвигатели. Наиболее распространенный тип асинхронных машин. Электрические двигатели такого типа имеют от 3-х и более обмоток статора, сдвинутых по фазе на определенный угол.

    По конструкции ротора асинхронные электрические машины делят на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.

    Обмотка ротора электрических машин первого типа представляет собой несколько неизолированных стержней, выполненных из сплавов меди или алюминия, замкнутых с двух сторон кольцами (конструкция “беличья клетка”). Асинхронные двигатели такого типа обладают следующими преимуществами:

    • Достаточно простая схема пуска. Такие электрические машины можно подключать непосредственно к электрической сети через аппараты коммутации.
    • Допустимость кратковременных перегрузок.
    • Возможность изготавливать электрические машины высокой мощности. Двигатель такого типа не содержит скользящих контактов, препятствующих наращиванию мощности.
    • Относительно простое ТО и ремонт. Асинхронные электромашины имеют несложную конструкцию.
    • Невысокая цена. Двигатели асинхронного типа стоят дешевле синхронных машин и ДПТ.

    Электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют свои недостатки:

    • Предельная скорость вращения составляет не более 3000 об/мин при входе в синхронный режим.
    • Технически сложная реализация регулирования частоты вращения.
    • Высокие пусковые токи при прямом запуске.

    Электродвигатели с фазным ротором частично лишены недостатков, присущих машинам с ротором конструкции “беличья клетка”. Вращающаяся часть электрической машины такого типа имеет обмотки, соединенные в схему “звезда”. Напряжение подводится к обмотке через 3 контактных кольца, закрепленных на роторе и изолированных от него.

    Такие электродвигатели обладают следующими достоинствами:

    • Возможность ограничивать пусковые токи при помощи резистора, включенного в цепь электромагнитов ротора.
    • Больший, чем у электромашин с короткозамкнутым ротором, пусковой момент.
    • Возможность регулировки скорости.

    Недостатками таких двигателей являются относительно большие габариты и масса, высокая цена, более сложный ремонт и сервисное обслуживание.

    Синхронные двигатели переменного тока

    Как и в асинхронных электродвигателях, вращение ротора в синхронных машинах достигается взаимодействием полей ротора и статора. Скорость вращения ротора таких электрических машин равна частоте магнитного поля, создаваемого обмотками статора.

    Обмотка неподвижной части двигателя рассчитана на питание от трехфазного напряжения. К электромагнитам ротора подключается постоянное напряжение. Различают явнополюсные и неявнополюсные обмотки. В синхронных двигателях малой мощности используют постоянные магниты.

    Запуск и разгон синхронной машины осуществляется в асинхронном режиме. Для этого на роторе двигателя имеется обмотка конструкции “беличья клетка”. Постоянное напряжение подается на электромагниты только после разгона до номинальной частоты асинхронного режима. Синхронные двигатели имеют следующие особенности:

    • Постоянная скорость вращения при переменной нагрузке.
    • Высокий к.п.д. и коэффициент мощности.
    • Небольшая реактивная составляющая.
    • Допустимость перегрузки.

    К недостаткам синхронных электродвигателей относятся:

    • Высокая цена, относительно сложная конструкция.
    • Сложный пуск.
    • Необходимость в источнике постоянного напряжения.
    • Сложность регулировки скорости вращения и момента на валу.

    Все недостатки электрических машин переменного тока можно исправить установкой устройства плавного пуска или частотного преобразователя. Обоснование выбора того или иного устройства обусловлено экономической целесообразностью и требуемыми характеристиками электропривода.

    Универсальные двигатели

    В отдельную группу выделяют универсальные электродвигатели, которые могут работать от сети переменного тока и от источников постоянного напряжения. Они используются в электроинструментах, бытовой технике, а также других маломощных устройствах. Конструкция такой электрической машины принципиально не отличатся от двигателя постоянного тока. Главное отличие – конструкция магнитной системы и обмоток ротора. Магнитная система состоит из изолированных друг от друга секций для снижения магнитных потерь. Обмотка ротора такой машины поделена на 2 части. При питании от переменного тока напряжение подается только на ее половину. Это делается в целях снижения радиопомех, улучшения условий коммутации.

    К преимуществам таких машин относятся:

    • Высокая скорость вращения. Универсальные электродвигатели развивают скорость до 10 000 об/мин и более.
    • Питание от переменного и постоянного напряжения. Двигатели такого типа широко применяют для электроинструментов, имеющих дополнительные аккумуляторные батареи.
    • Возможность регулирования скорости без использования дополнительных устройств.

    Однако, такие электромашины имеют свои недостатки:

    • Ограниченная мощность.
    • Необходимость обслуживания коллекторного узла.
    • Тяжелые условия коммутации при питании от переменного напряжения из-за наличия трансформаторной связи между обмотками.
    • Электромагнитные помехи при подключении к сети переменного тока.

    Каждый тип двигателя имеет свои достоинства и недостатки. Выбор электрической машины для привода любого оборудования делается исходя из условий эксплуатации, требуемой частоты вращения, экономической целесообразности, типа нагрузки и других параметров.

    Электрические машины переменного тока

    Вращающееся магнитное поле

    Особенностью многофазных систем является возможность создать в механически неподвижном устройстве вращающееся магнитное поле.
    Катушка, подключенная к источнику переменного тока, образует пульсирующее магнитное поле, т.е. магнитное поле, изменяющееся по величине и направлению.

    Рис. 12.1 Возьмем цилиндр с внутренним диаметром D. На поверхности цилиндра разместим три катушки, пространственно смещенные относительно друг друга на 120 o . Катушки подключим к источнику трехфазного напряжения (рис. 12.1). На рис. 12.2 показан график изменения мгновенных токов, образующих трехфазную систему.

    Каждая из катушек создает пульсирующее магнитное поле. Магнитные поля катушек, взаимодействуя друг с другом, образуют результирующее вращающееся магнитное поле, характеризующееся вектором результирующей магнитной индукции

    Магнитные цепи
    На рис. 12.3 изображены векторы магнитной индукции каждой фазы и результирующий вектор построенные для трех моментов времени t1, t2, t3. Положительные направления осей катушек обозначены +1, +2, +3.

    В момент t = t1 ток и магнитная индукция в катушке А-Х положительны и максимальны, в катушках В-Y и C-Z — одинаковы и отрицательны. Вектор результирующей магнитной индукции равен геометрической сумме векторов магнитных индукций катушек и совпадает с осью катушки А-Х. В момент t = t2 токи в катушках А-Х и С-Z одинаковы по величине и противоположны по направлению. Ток в фазе В равен нулю. Результирующий вектор магнитной индукции повернулся по часовой стрелке на 30 o . В момент t = t3 токи в катушках А-Х и В-Y одинаковы по величине и положительны, ток в фазе C-Z максимален и отрицателен, вектор результирующего магнитного поля размещается в отрицательном направлении оси катушки С-Z. За период переменного тока вектор результирующего магнитного поля повернется на 360 o . Линейная скорость перемещения вектора магнитной индукции

    где f1 — частота переменного напряжения;
    Т — период синусоидального тока;
    n1 — частота вращения магнитного поля или синхронная частота вращения.
    За период Т магнитное поле перемещается на расстояние 2τ,
    где — полюсное деление или расстояние между полюсами магнитного поля по длине окружности цилиндра диаметром D.

    Линейная скорость
    откуда (12.1)

    где n1 — синхронная частота вращения многополюсного магнитного поля с числом пар полюсов Р.
    Катушки, изображенные на рис. 12.1, создают двухполюсное магнитное поле, с числом полюсов 2Р = 2. Частота вращения поля равна 3000 об/мин.
    Чтобы получить четырехполюсное магнитное поле, необходимо внутри цилиндра диаметром D поместить шесть катушек, по две на каждую фазу. Тогда, согласно формуле (12.1), магнитное поле будет вращаться в два раза медленней, с n1 = 1500 об/мин.
    Чтобы получить вращающееся магнитное поле, необходимо выполнить два условия.

    1. Иметь хотя бы две пространственно смещенные катушки.

    2. Подключить к катушкам несовпадающие по фазе токи.

    12.2. Асинхронные двигатели.
    Конструкция, принцип действия

    Асинхронный двигатель имеет неподвижную часть, именуемую статором, и вращающуюся часть, называемую ротором. В статоре размещена обмотка, создающая вращающееся магнитное поле.
    Различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.
    В пазах ротора с короткозамкнутой обмоткой размещены алюминиевые или медные стержни. По торцам стержни замкнуты алюминиевыми или медными кольцами. Статор и ротор набирают из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на вихревые токи.
    Фазный ротор имеет трехфазную обмотку (для трехфазного двигателя). Концы фаз соединены в общий узел, а начала выведены к трем контактным кольцам, размещенным на валу. На кольца накладывают неподвижные контактные щетки. К щеткам подключают пусковой реостат. После пуска двигателя сопротивление пускового реостата плавно уменьшают до нуля.
    Принцип действия асинхронного двигателя рассмотрим на модели, представленной на рисунке 12.4.

    Рис. 12.4 Вращающееся магнитное поле статора представим в виде постоянного магнита, вращающегося с синхронной частотой вращения n1. В проводниках замкнутой обмотки ротора индуктируются токи. Полюса магнита перемещаются по часовой стрелке. Наблюдателю, разместившемуся на вращающемся магните, кажется, что магнит неподвижен, а проводники роторной обмотки перемещаются против часовой стрелки. Направления роторных токов, определенные по правилу правой руки, указаны на рис. 12.4.

    Пользуясь правилом левой руки, найдем направление электромагнитных сил, действующих на ротор и заставляющих его вращаться. Ротор двигателя будет вращаться с частотой вращения n2 в направлении вращения поля статора.
    Ротор вращается асинхронно т.е частота вращения его n2 меньше частоты вращения поля статора n1.
    Относительная разность скоростей поля статора и ротора называется скольжением.

    Скольжение не может быть равным нулю, так как при одинаковых скоростях поля и ротора прекратилось бы наведение токов в роторе и, следовательно, отсутствовал бы электромагнитный вращающий момент.
    Вращающий электромагнитный момент уравновешивается противодействующим тормозным моментом Мэм = М2.
    С увеличением нагрузки на валу двигателя тормозной момент становится больше вращающего, и скольжение увеличивается. Вследствие этого, возрастают индуктированные в роторной обмотке ЭДС и токи. Вращающий момент увеличивается и становится равным тормозному моменту. Вращающий момент может возрастать с увеличением скольжения до определенного максимального значения, после чего при дальнейшем увеличении тормозного момента вращающий момент резко уменьшается, и двигатель останавливается.
    Скольжение заторможенного двигателя равно единице. Говорят, что двигатель работает в режиме короткого замыкания.
    Частота вращения ненагруженного асинхронного двигателя n2 приблизительно равна синхронной частоте n1. Скольжение ненагруженного двигателя S &asimp; 0. Говорят, что двигатель работает в режиме холостого хода.
    Скольжение асинхронной машины, работающей в режиме двигателя, изменяется от нуля до единицы.
    Асинхронная машина может работать в режиме генератора. Для этого ее ротор необходимо вращать сторонним двигателем в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n2 > n1. Скольжение асинхронного генератора .
    Асинхронная машина может работать в режиме электромашинного тормоза. Для этого необходимо ее ротор вращать в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля статора.
    В этом режиме S > 1. Как правило, асинхронные машины используются в режиме двигателя. Асинхронный двигатель является наиболее распространенным в промышленности типом двигателя. Частота вращения поля в асинхронном двигателе жестко связана с частотой сети f1 и числом пар полюсов статора. При частоте f1 = 50 Гц существует следующий ряд частот вращения.

    P
    n1, об/мин 3 000

    Из формулы (12.1) получим

    Скорость поля статора относительно ротора называется скоростью скольжения

    Частота тока и ЭДС в роторной обмотке

    Асинхронная машина с заторможенным ротором работает как трансформатор. Основной магнитный поток индуктирует в статорной и в неподвижной роторной обмотках ЭДС Е1 и Е.

    где Фm — максимальное значение основного магнитного потока, сцепленного со
    статорной и роторной обмотками;
    W1 и W2 — числа витков статорной и роторной обмоток;
    f1 — частота напряжения в сети;
    K01 и K02 — обмоточные коэффициенты статорной и роторной обмоток.

    Чтобы получить более благоприятное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре между статором и ротором, статорные и роторные обмотки не сосредоточивают в пределах одного полюса, а распределяют по окружностям статора и ротора. ЭДС распределенной обмотки меньше ЭДС сосредоточенной обмотки. Этот факт учитывается введением в формулы, определяющие величины электродвижущих сил обмоток, обмоточных коэффициентов. Величины обмоточных коэффициентов несколько меньше единицы.
    ЭДС в обмотке вращающегося ротора

    Ток ротора работающей машины

    где R2 — активное сопротивление роторной обмотки;
    х2 — индуктивное сопротивление роторной обмотки.

    где х— индуктивное сопротивление заторможенного ротора.

    Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

    Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

    Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

    Каждый электрик должен знать:  Принцип действия генератора
  • Добавить комментарий