Электрические машины. Электрические машины, определение, назначение, обратимость машин
 Скачать 83 Kb.
|
|
Электрические машины, определение, назначение, обратимость машин Электрической машиной называют устройство, преобразующее или механическую энергию в электрическую (генератор), или электрическую энергию в механическую (электродвигатель) Электрические машины разделяют по назначению на 2 основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели. Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, а электродвигатели – для приведения в движение колесных пар электрических локомотивов, вращение валов вентиляторов, компрессоров и т.п. В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал каким-либо двигателем. На тепловозе, например, генератор приводят во вращение дизелем, на тепловой электростанции – паровой турбиной, на гидроэлектростанции – водяной турбиной. Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую. Поэтому для работы двигателя его надо соединить проводами с источником электрической энергии или включить в электрическую сеть. Электрические машины обратимы. Это значит, что одна и та же машина может работать и как генератор, и как двигатель. Устройство электрической машины постоянного тока Электрическая машина состоит из двух частей: I неподвижная часть. II подвижная часть. Неподвижная часть электрической машины состоит из:
Как корпус станина служит для: - крепления остальных деталей машины - для защиты внутренних деталей машины от пыли, грязи и т.д. - для защиты потребителей (людей) от вращающихся частей машины. Как магнитопровод станина служит для замыкания по ней основного магнитного потока. Станина изготавливается литьём из стали высокой прочности и высокой магнитной проницаемости. 2. Главные полюса служат для создания основного магнитного потока (магнитного поля). Полюс состоит из: - сердечника (магнитопровода), набранного из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. - обмотки главных полюсов (обмотки возбуждения магнитного потока) изготавливаются из медного провода круглого сечения. - полюсные наконечники имеют вид верхушки синусоиды для того, чтобы магнитная индукция в зазоре между полюсами изменялась бы по синусоидальному закону.
а) если электрическая машина работает в режиме генератора, то электрический ток проходит по цепочке: обмотка якоря – коллектор – щетки – нагрузка (потребитель) во внешней цепи. б) если электрическая машина работает в режиме электродвигателя, то ток проходит по цепочке: внешний источник питания – щетки – коллектор – обмотка якоря Щетки изготавливаются из графита с добавлением порошка меди для повышения электропроводности и устойчивости к стиранию. Щетки взаимозаменяемы без дополнительного разбора конструкции электрической машины. 5. Боковые крышки машины с подшипниковыми узлами закрывают машину по бокам и служат для крепления вала. Подвижная часть электрической машины состоит из:
а) если машина работает в режиме генератора то при вращении якоря в обмотке якоря возникает ЭДС. б) если машина работает в режиме двигателя, то от внешнего источника питания ток попадает в обмотку якоря, в результате чего якорь начинает вращаться. Якорь выполняет роль магнитопровода и набирается из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. В теле якоря сверлят вентиляционные каналы, по которым проходит охлаждающий воздух. Проводники обмотки якоря закрепляются во внешних пазах якоря. Каждый проводник обмотки якоря припаивается к соответствующей пластине коллектора.
Различают генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением. В генераторах независимого возбуждения основной магнитный поток создается либо постоянным магнитом, либо электромагнитом (обмоткой возбуждения), питаемым от источника постоянного тока. Генераторы независимого возбуждения находят применение в схемах автоматики, в двигатель-генераторных агрегатах, когда требуется изменять не только значение, но и полярность напряжения на зажимах, а также в качестве тахогенераторов, предназначенных для дистанционного измерения частоты вращения. Недостатком этих машин является необходимость иметь отдельный источник энергии для питания обмотки возбуждения или постоянные магниты. В генераторах с самовозбуждением питание обмотки главных полюсов осуществляется напряжением самого генератора. При этом отпадает необходимость в отдельном источнике питания. В зависимости от схемы включения обмотки возбуждения различают генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Генераторы постоянного тока параллельного возбуждения находят широкое применение в качестве бортовых источников питания, на подвижных объектах: кораблях, самолетах, автомобилях. Генераторы последовательного возбуждения используют редко. Генераторы со встречным включением обмоток используют в качестве сварочных генераторов.
Свойства электродвигателей постоянного тока определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают электродвигатели: 1) с независимым возбуждением: обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока; 2) с параллельным возбуждением : обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря; 3) с последовательным возбуждением : обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря; 4) со смешанным возбуждением : он имеет две обмотки возбуждения, одна подключена параллельно обмотке якоря, а другая – последовательно с ней. Двигатели с последовательным возбуждением применяют во всех тяговых приводах (электровозы, тепловозы, Электропоезда, электрокары), а также в приводах грузоподъемных механизмов 3. Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором Асинхронный двигатель – простейший из электрических машин, имеет 2 основные части статор и ротор. Статор состоит из чугунной станины, к которой закреплен магнитопровод в виде полого цилиндра, между станиной и сердечником оставлен зазор через который проходит охлаждающий воздух. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод набирают из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. В пазы, вырезанные по внутренней окружности статора укладывают обмотку и закрепляют клиньями. Ротор набирают из тонких листов электротехнической стали, в пазах ротора размещают фазную обмотку. Устройство фазной обмотки ротора аналогично устройству обмотки статора. Концы фазной обмотки ротора соединяют с контактными кольцами и через щетки соединяют с регулировочными или пусковыми реостатами. Контактные кольца из латуни или меди укрепляются на валу двигателя с помощью изолирующих прокладок. Щеткодержатель с угольными или медно-графитовыми щетками крепят на подшипниковом щите. 4. Принцип действия асинхронного двигателя Основан на использовании вращающегося магнитного поля и основных законах электротехники. При включении двигателя в сеть трехфазного тока в статоре образуется вращающееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают стержни или катушки обмотки ротора. Согласно закону электромагнитной индукции, в обмотке ротора создается ЭДС пропорционально частоте пересечения силовых линий и в короткозамкнутом роторе возникают значительные токи. По закону Ампера на проводники с током, находящиеся в магнитном поле, действуют силы, которые по принципу Ленца стремятся устранить причину вызывающую ток. Таким образом ротор раскручивается в направлении вращения поля и вращается с частотой меньшей частоты вращения поля, то есть не синхронно с полем, или асинхронно. 5. Скольжение и частота вращения ротора асинхронного Частота вращения магнитного поля статора – n1, а частота вращения ротора- n2, причем n2< n1. частоту вращения магнитного поля относительно ротора, т.е. разность «n1- n2» называют скольжением и обозначают s = (n1- n2)/ n1. Скольжение зависит от нагрузки двигателя. Скольжение – важнейшая характеристика двигателя, через него выражается ЭДС и ток ротора, вращающий момент, частота вращения ротора. У большинства асинхронных двигателей s равно 2-5%. При неподвижном роторе (n2=0) s=1. Таким скольжением обладает двигатель в момент пуска. Асинхронные машины, как и другие электрические машины обратимы. 6. Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя Потери энергии в асинхронном двигателе складываются из потерь в обмотках статора и ротора, потерь в магнитопроводе, механических и добавочных потерь. Потери в обмотках Pм (потери в меди) пропорционально квадрату тока и существенно изменяются при изменении нагрузки двигателя. ŋ= P1-(Pм+Pc +PМех +Pдоб) / P1. Где P1 – мощность, потребляемая двигателем из сети, Pc - потери в стали, PМех – механические потери, Pм – потери в меди, Pдоб –добавочные потери. При номинальном режиме работы двигателя КПД 0,9 – 0,95% Важная характеристика коэффициент мощности cosφ. Он показывает, какая часть полной мощности, поступающей из сети, расходуется на покрытие потерь и преобразуется в механическую работу. 7. Синхронный генератор Ротор синхронных машин вращается синхронно с вращающимся магнитным полем, т.к. частота вращения ротора с магнитным полем одинакова, в обмотке ротора не индуцируются токи. Обмотка ротора получает питание от источника постоянного тока. Устройство статора синхронной машины аналогично устройству статора асинхронной. В пазы статора укладывают трехфазную обмотку, концы которой выводят на клеммовую панель. Ротор изготавливают в виде постоянного магнита. Роторы могут быть явнополюсными и неявнополюсными. Синхронные генераторы с явнополюсными роторами приводятся в действие тихоходными турбинами гидроэлектростанций. Синхронные генераторы с неявнополюсными роторами приводятся в действие паровыми или газовыми турбинами теплоэлектростанций. Частота индуцированной ЭДС синхронного генератора f = pn/ 60, где p – число пар полюсов, n/60 – число оборотов ротора в секунду. 8. Синхронный двигатель Устройство статора синхронного двигателя аналогично устройству статора асинхронного двигателя. Ротор синхронного двигателя представляет собой электромагнит или постоянный магнит. Важное достоинство синхронного двигателя постоянство частоты вращения. Достоинства: постоянство частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу, меньшее чем у асинхронных двигателей чувствительность к колебаниям напряжения. Недостатки: сложность конструкции, сложность пуска в ход, трудность регулирования частоты вращения. |