Классификация электрических машин

 

I. По роду тока: постоянный, переменный.

II. По принципу действия: 1. Коллекторные машины постоянного тока. 2. Бесколлекторные машины переменного тока. Эти два вида подразделяются на два: а) Асинхронные б) Синхронные.

III. По числу фаз: однофазные, трехфазные, конденсаторные.

IV. По назначению (основной признак).

1. Двигатели (преобразование электрической энергии в механическую).

2. Генераторы (преобразование механической энергии в электрическую).

3. Электромашинные преобразователи (переменного тока в постоянный, ток одной частоты в ток другой частоты).

4. Электромагнитные усилители (для усиления мощности электрических сигналов).

5. Синхронные компенсаторы (для повышения cosj и повышения компенсации).

6. Индукционные регуляторы (для регулирования величины U).

7. Тагоконденсаторы (для получения электрического сигнала, прямо-пропорционального частоте вращения).

8. Сельсины, или вращающийся трансформатор (для получения электрического сигнала, прямо прпорционального углу поворота вала).

Отдельную группу составляют трансформаторные электрические машины.

Законы электротехники электрических машин:

1. Закон Ома I=U/R.
2. Законы Кирхгофа åI=0 åE=åI*R
3. Закон электромагнитной индукции (самый основной закон).

 

Рассмотрим элементарный генератор.

 

 

Вывод: для получения любой электрической машины необходимо наличие магнитного поля и проводник. При работе любой электрической машины в любом случае наводится ЭДС и Fэм. Машины обратимы, т.е. могут работать в двух режимах (двигателя или генератора).

Раздел I. Коллекторные машины или машины постоянного тока

Тема 1. Общие вопросы машин постоянного тока (МПТ)

МПТ выпускаются как в качестве двигателя, так и в качестве генератора. Большое применение обрели ДПТ. Выпускаются с мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. ДПТ обладают улучшенными пусковыми и регулировочными свойствами. МПТ позволяют получить скорость более 3000 оборотов в минуту (мин^-1). Широкого применения не нашли, т.к. более сложная конструкция, значит дороже и более низкая надежность, щеточный контакт искрит. В промышленных зданиях нашло применение машин переменного тока. В настоящее время распространены полупроводниковые преобразователи, которые помогают легче получить постоянный ток.

Серии МПТ выпускаемых промышленностью

Промышленность выпускает как двигатели, так и генераторы постоянного тока. Выпускаются серии машин общего и специального назначения. Серия общего назначения – 2П (частота вращения n=750-4000 мин^-1, Рдвиг= до 200 кВт, Ргенер= до 180 кВт). Выпускаются в зависимости от габаритов высоты оси вращения (всего одиннадцать):

90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315 млм.

 

В зависимости выполнения и наличии вентиляции делятся на серии:

2ПН – защищенное исполнение с независимой вентиляцией

2ПФ – защищенное исполнение с обдувом от постороннего вентилятора

2ПБ – закрытое исполнение с естественным охлаждением

2ПО – закрытое исполнение с обдувом от посторонней вентиляции

 

2ПН112М(L)ГУ4

2ПН – защищенное исполнение с независимой вентиляцией

112 – высота оси вращения

М – первый габарит станины L – второй габарит станины

Г – двигатель имеет встроенный тахогенератор

У – умеренный климат

4 – категория смещения на производстве

Другие обозначения:

Д – металлургическое оборудование

ПЛ – ДПТ с параллельным возбуждением

СЛ – ДПТ с последовательным возбуждением

ДПМ – ДПТ с постоянными магнитами

УЛ – универсальный ДПТ

Тема 2. Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока

Исходя из закона электромагнитной индукции для работы электрической машины (ЭМ) необходимо движение проводника в магнитном поле или изменение магнитного поля e = –DФ/Dt.

Простейшая машина постоянного тока должна включать в себя полюса (для создания магнитного поля), стальной цилиндр (для создания пути для магнитного потока и для крепления рамки), рамка (электропроводящая среда), два полукольца (простейший коллектор – преобразователь переменного тока в постоянный), две щетки (осуществляют скользящий контакт, предназначены для снятия электрического тока впоследствии передачи его потребителю).

Принцип действия генератора

I. Принцип получения переменной ЭДС.

Вращаем рамку

В результате в рамке проводника наводится переменное ЭДС, но нам необходимо постоянное.

II. Принцип получения постоянной ЭДС.

Для получения постоянной ЭДС необходимо установить коллектор со щетками – простейший механический преобразователь переменного тока в постоянный.

В результате в нагрузке получаются постоянное ЭДС, так как полярность щеток остается неизменной, то есть ЭДС в рамке по-прежнему переменное, а в нагрузке становится постоянным. Объясняется это тем, что в результате вращения цилиндра под щеткой А находится проводник, находящийся под северным полюсом. Под щеткой В проводник находится под южным полюсом. В результате получаем постоянный ток.

При наличии одной рамки получается ЭДС не обеспечивающая устойчивую работу машины или она слишком пульсирующая, а в точке 1 она равна 0.

 

Возьмем две рамки, расположенные под углом 90° относительно друг друга.

В настоящих машинах имеется множество проводников, равномерно уложенных по поверхности цилиндра, соединенных между собой последовательно и присоединенных к коллектору.

В виду того, что машины обратимы, можем сделать двигатель из генератора.

 

 

III. Принцип получения переменной ЭДС.

При протекании тока по рамке в магнитном поле мы получили ток, длину, и магнитную индукцию, а так же и электромагнитную силу, которая определяется по правилу левой руки.

Мы преобразовали электрическую энергию в механическую энергию.

При вращении рамки в магнитном поле, направление электромагнитной силы не изменится, так как при смене положения проводника меняется и направление тока в нем, следовательно, двигатель крутиться в одном направлении.

IV. Устройство машин постоянного тока.

Конструктивное выполнение машин постоянного тока достаточно разнообразно, но все они включают в себя следующие основные узлы:

1. Статор (неподвижная часть).
2. Якорь (ротор, подвижная часть).
3. Подшипниковые щиты.
4. Вентилятор.
5. Щеткодержатель (траверс).

Статор.

Статор состоит из станины и полюсов (главные, добавочные).

Станина (1) изготавливается из стали или чугуна. Прочная, высокая механическая прочность. Ф – магнитный поток машины, который замыкается через станину. Станина выполняется цельной, из обрезков трубы, реже сваркой. Машины большой мощности делают разъемной. Имеются отверстия для крепления главных или добавочных полюсов. По торцу имеются отверстия для подшипниковых шунтов. Несущая часть – своеобразный магнитопровод.

Главные полюса.

Главные полюса состоят из сердечника и подполюсной катушки. Сердечник набирается из листов электротехнической стали толщиной 1-2 мл, что существенно уменьшает вихревые тока, а также потери на перемагничивание якоря в магнитном поле.

На сердечник надевается полюсная катушка, которая выполняется медным проводом. В машинах мощностью до 1 кВт провод наматывается на пластмассовый каркас, который надевается на сердечник. При пропускании тока по катушке создается полюс определенной полярности.

Главные полюса предназначены для создания основного магнитного поля машины.

В более современных машинах сердечник набирается из листов холоднокатанной анизотропной стали, которая обладает повышенным магнитным соединением по поперечной оси. Холоднокатанная сталь обладает свойством покрываться оксидной пленкой, обладающая высоким сопротивлением для уменьшения вихревых токов (лаком не покрывается).

Добавочные полюса предназначены для уменьшения коммутации (для уменьшения искрения под щетками). Состоит из сердечника и полюсной катушки. Необходим для сосредоточения магнитной индукции в одну точку. Также набирается из листов электротехнической стали.

Количество главных полюсов машины такое же, как и добавочных или вдвое меньше. Добавочные полюса устанавливаются в машинах выше 1 кВт.

Полярность добавочных полюсов такая же, как и у главного следующего по направлению вращения – для генератора, или такая же, как у предыдущего главного полюса, но для двигателя.

Якорь.

Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора.

Вал – стальной цилиндр, соответствующего диаметра. На валу находится сердечник якоря, который выполнен из листов электротехнической стали. На внешней поверхности выштампованы пазы толщиной 0,35 мл, изолированные друг от друга изоляционным лаком. Пазы служат для того, чтобы заложить обмотку якоря. Сердечник служит для крепления обмотки и пути магнитного потока.

Обмотка якоря – закладывается в пазы, выполняется из круглого квадратного или прямоугольной формы.

Забивают клиньями, выполненные из гетинакса и текстолита.

Проводники соединяются последовательно между собой и припаиваются к коллекторным пластинам. Лобовые части обмотки стягиваются бондажем (проволока или стеклоленты).

Коллектор.

Коллектор самый сложный узел в машине постоянного тока.

Служит для снятия тока, простейший механический преобразователь переменного тока в постоянный. Коллектор состоит из множества медных пластин трапециидальной формы.

Коллектор:

1. Со стальными конусными шайбами. К петушку припаиваются проводники обмотки якоря. Сами пластины изолированные слоем меканита.

2. Коллектор из пластмассы – для снижения веса и изоляции.

3. Подшипниковые щиты. Выполняется из стали или чугуна. Передний щит – со стороны коллектора, задний – имеются расточки под подшипники, а после вал.

Вентилятор.

Назначение: охлаждение. Воздух затягивается со стороны коллектора, обдувает нагретые части (обмотки) и выходит из другой стороны; выполняется из стали, пластмассы.

Щеткодержатель (траверс).

В нем закрепляются непосредственно щетки, которые осуществляют скользящий контакт.

1. Обойма, в которой помещается щетка 2 (графитовые, угольные). Нажатие регулируется с помощью курка 3. Давление на щетку если большее, то щетка будит стираться. 4 – пружина. 5 – зажим. 6 – тросики служат для присоединения щетки к цепи