И постоянного тока

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО

Из числа различных видов электрических машин, запитываемых переменным током, самой распространённой является асинхронная бесколлекторная машина (двигатель).

В асинхронных двигателях при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля.

Асинхронный двигатель был изобретён М.О. Доливо-Добровольским в 1888 г. и до сих пор в основном сохранил первоначальную форму, что определено простотой и дешевизной.

Асинхронные машины малой мощности часто выполняются однофазными, питающимися от двухфазной сети. Они применяются прежде всего в бытовой технике.

Синхронные электрические машины характерны тем, что у них ротор в установившемся режиме вращается с угловой скоростью вращающегося магнитного поля, создаваемого статором. Угловая скорость вращения ротора при этом не зависит от нагрузки на валу, что позволяет их использовать в приводах механизмов, требующих постоянной угловой скорости вращения.

Синхронные электрические машины не так широко распространены, как асинхронные, но в ряде случаев их применение принципиально необходимо.

Основной областью применения синхронных машин является их использование в качестве промышленных генераторов для выработки электрической энергии на электростанциях.

Электрические машины постоянного тока (двигатели и генераторы) допускают плавное регулирование частоты вращения и получения больших пусковых моментов. По этой причине они широко используются в качестве тяговых двигателей на электрическом транспорте, а также для привода различного технологического оборудования.

Электрические машины постоянного тока малой мощности применяются в системах автоматического регулирования не только для привода исполнительных механизмов, но и в качестве датчиков частоты вращения подвижных частей регулируемой системы.

1. Устройство трёхфазной асинхронной машины

Трёхфазная асинхронная машина состоит из двух главных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор выполняется в виде полого цилиндра из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака (рис. 69).

Рис. 69. Статоры асинхронных машин

В пазах статора размещаются три фазные обмотки. Каждая фазная обмотка содержит одну или несколько катушечных групп, соединённых последовательно и расположенных вдоль окружности статора на равном расстоянии друг от друга. Фазные обмотки соединяются по схемам U и ∆ и подключаются к трёхфазной сети.

Токи в фазных обмотках возбуждают в машине вращающееся магнитное поле статора с числом пар полюсов р, равным числу катушечных групп в одной фазной обмотке. Минимальное число фазных обмоток – 3. Катушечные группы каждой фазной обмотки сдвинуты относительно катушечных групп соседней обмотки на угол 120° / р (если полюсов 4, то р = 2, а угол сдвига групп обмоток 60°).

Асинхронные машины различаются в основном устройством ротора. Ротор представляет собой цилиндрический сердечник, выполненный из изолированных пластин электротехнической стали. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах ротора располагаются витки обмоток ротора (рис. 70а).

Рис. 70. Конструкция роторов асинхронных машин

В большинстве машин используется короткозамкнутый ротор: обмотки выполняются из медных или алюминиевых стержней, которые вставляются в пазы; торцы стержней замыкаются накоротко кольцами (так называемые «беличьим колесом») (см. рис. 70б). Часто короткозамкнутый ротор выполняется путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием.

Обмотки фазного ротора (фазные роторы называются ещё роторами с контактными кольцами) выполняются изолированным проводом. Число обмоток, как правило, имеет то же число обмоток, что и статор (рис. 70в).

Фазные обмотки ротора соединяются на самом роторе «звездой», а свободные концы соединяются с тремя контактными кольцами, укреплёнными на валу машины. К кольцам прижимаются щётки, установленные в неподвижных щеткодержателях. Через кольца и щётки обмотки ротора подсоединены к трёхфазному реостату.

Такое подключение позволяет улучшить условия пуска двигателя (уменьшить пусковой ток и увеличить вращающий момент), а также плавно регулировать скорость двигателя.

Для регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором обычно служит метод частотного регулирования (за счет плавного регулирования частоты тока в обмотках статора) и метод уменьшения числа пар полюсов вращающегося магнитного поля, при котором частота вращения двигателя изменяется скачком.

Для изменения частоты вращения двигателя с фазным ротором применяется метод реостатного регулирования.

Условные графические обозначения асинхронных двигателей приведены на рис. 71, а общий вид корпуса – на рис. 72.

		Рис. 72. общий вид корпуса АТМ

Режим работы асинхронной трехфазной машины определяется режимом электромагнитного взаимодействия токов в обмотках статора и ротора.

Пусть угловая частота вращения поля статора п ₁, а частота вращения ротора п. Величину

называют скольжением.

В зависимости от величины скольжения асинхронная трехфазная машина (АТМ) может работать в режиме генератора, двигателя или электромагнитного тормоза (рис. 73).

Рис. 73. Зависимость режимов работы АТМ

от величины скольжения

В режиме генератора ротор асинхронной трехфазной машины вращается (за счет энергии внешнего источника, например двигателя внутреннего сгорания) в направлении вращения магнитного поля с частотой вращения большей, чем частота вращения поля. При этом энергия внешнего источника преобразуется в электрическую энергию.

В режиме двигателя ротор асинхронной трехфазной машины вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой вращения меньшей, чем частота вращения поля. При этом электрическая энергия внешнего источника преобразуется в энергию вращения вала. Частота вращения зависит от нагрузки на валу и от тормозного момента сил трения.

В режиме электромагнитного тормоза ротор асинхронной трехфазной машины вращается в противоположном направлении вращения магнитного поля статора. При этом энергия на валу внешнего источника преобразуется в тепловую энергию, которая рассеивается в обмотках (на гистерезис и вихревые токи).

Дата добавления: 2014-01-07