Физика атомного реактора Сопротивление материалов Математика решение задач Информатика Атомная энергетика безопасность Электротехника и электроника

Общий принцип действия и конструкции электрических машин Полупроводниковая электроника Трехфазный ток Принцип работы асинхронного двигателя Соединение нагрузки треугольником Полупроводниковые транзисторы


Устройство электрических машин

Общий принцип действия и конструкции электрических машин

Электрической машиной называют устройство для взаимного преобразования электрической и механической энергии. Как правило, машина может работать и в качестве двигателя, и в качестве генератора, то есть электрические машины обратимы. Существуют электрические машины специального назначения: преобразователи частоты, преобразователи постоянного тока в переменный, измерители скорости, усилители и т. д. Их мы рассматривать не будем. 

Каждая машина состоит из подвижной и неподвижной частей. Первая называется ротором, вторая статором. Подвижная часть машины, обычно вращающаяся (хотя существуют и линейные двигатели), фиксируется в подшипниках, расположенных в торцевых щитах. Для улучшения условий охлаждения на валу часто размещается вентилятор, хотя иногда для этой цели используется ротор (или его детали) специальной формы. При необходимости передачи электроэнергии к обмоткам ротора машина должна иметь скользящие контакты. Для соединения с другими устройствами концы валов машин имеют специальную стандартизированную форму. Стандартными размерами и конструкцией обладают также приспособления для крепления машин.

 

Во всякой электрической машине преобразование энергии происходит посредством взаимодействия между магнитными полями ротора и статора. Упрощенная схема машины это два электромагнита, расположенные под углом а между их осями (рис. 11.1).

Существует два положения электромагнита: неустойчивое () и устойчивое (), когда вращающий момент на валу машины равен нулю.

Если угол 0 <  < 180°, а ротор вращается по часовой стрелке, то машина работает в качестве двигателя, развивая действующий момент. Допустим, при том же направлении вращения угол 180°<<360°. Такое положение возможно, если к валу машины приложен сторонний вращающий момент, то есть машина работает в качестве генератора, развивая противодействующий момент. Для равномерного вращения действующий и противодействующий момент должны быть равны:

 .

Рис. 11.1

Поскольку усилие, развиваемое отталкиванием одноименных полюсов и притягиванием разноименных, зависит от угла а, то из равенства моментов следует постоянство угла: .

Отсюда следует важнейший вывод о взаимной неподвижности полей ротора и статора в пространстве при установившейся скорости машины.

Устройство обмоток статора и ротора и их соединение призваны обеспечить взаимную неподвижность их магнитных полей. Встречаются самые разные реализации этого принципа. Так, в машинах постоянного тока поле статора обычно неподвижно в пространстве (относительно статора). В этом случае устройство ротора должно обеспечить вращение магнитного поля ротора относительно ротора с той же скоростью, но в противоположную сторону.

В так называемых синхронных машинах ротор представляет собой вращающийся электромагнит. Поэтому обмотки статора должны обеспечить создание магнитного поля, вращающегося в ту же сторону с той же скоростью (синхронно). В асинхронных машинах магнитное поле ротора вращается относительно ротора, и магнитное поле статора вращается относительно статора, но так, что эти поля взаимно неподвижны.

11.2. Классификация электрических машин

Каждая электрическая машина общего назначения способна работать и в качестве генератора, и в качестве двигателя. Но на практике, конечно, при конструировании большинства машин их назначение определяется сразу: генератор или двигатель.

По роду тока машины можно подразделить на группы:

□ машины переменного (синусоидального) тока;

□ машины постоянного тока;

 □ коллекторные машины небольшая группа машин. Здесь они упоминаются в основном для полноты классификации.

Машины переменного тока разделяют по двум признакам:

 □ скорости:

 синхронные, скорость ротора которых равна скорости вращения

 магнитного поля статора;

 асинхронные в них скорость ротора обязательно отличается от

 скорости вращения магнитного поля статора;

□ способу создания вращающегося магнитного поля:
трехфазные;

одно и двухфазные.

Машины постоянного тока подразделяются в зависимости от способа создания магнитного потока основных полюсов на следующие виды:

□ машины с постоянным магнитом;

 □ машины независимого возбуждения;

□ машины параллельного возбуждения;

 □ машины последовательного возбуждения;

 □ машины смешанного возбуждения (имеют 23 и более различно включенных обмоток).

Можно провести и более глубокую классификацию, но в настоящем курсе ограничимся изучением асинхронных машин, машин постоянного тока и синхронных машин. Эти машины удовлетворяют большинство потребностей промышленности и быта. Для знакомства с другими машинами придется обращаться к специальной литературе.

Уравнение баланса мощности является модификацией закона сохранения энергии для электрических цепей. Это базовое уравнение для проверки правильности выполненных расчетов тех или иных цепей. В левой части этого уравнения стоит арифметическая сумма мощностей, которые выделяются на сопротивлениях от токов, протекающих по ним. В правой части - мощность, отданная источниками в сеть.
Функциональная классификация интегральных микросхем