Вопрос 6. Реакция якоря машины постоянного тока. Магнитное поле при нагрузке. Влияние реакции якоря на работу машин и ее устранение.

При работе электродвигателя магнитное поле якоря действует на магнитное поле полюсов. Следовательно, у двигателей, так же как и у генераторов, наблюдается реакция якоря. При одном и том же направлении тока в обмотке якоря и той же полярности полюсов направление вращения двигателя обратно направлению вращения генератора.

При нагрузке машины в обмотке якоря протекает ток, который создает свое магнитное иоле. Поле якоря, воздействуя на магнитное поле полюсов, изменяет и искажает его. При нагрузке машины по магнитной цепи замкнется результирующий магнитный потом Ф_р, создаваемый совместным действием намагничивающих сил по­люсов и якоря. Результирующий магнитный поток Ф_р не равен потоку полюсов Фт, созданному намагничивающими силами обмотки возбуждения при холостом ходе. Воздействие поля, созданного током в якоре при нагрузке машины, на магнитное поле полюсов называется реакцией якоря.

Реакция якоря искажает магнитное поле машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.

 

 

Вопрос 46. Пусковые свойства асинхронных двигателей. Пуск двигателя с фазным ротором. Схема и процесс пуска. Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока I_п или его кратностью I_п/ I_ном и значением пускового момента М_п или его кратностью М_п/М_ном. Двигатель, обла­дающий хорошими пусковыми свойствами, развива­ет значительный пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе. Однако получение такого сочетания пусковых параметров в асинхронном дви­гателе сопряжено с определенными трудностями. В начальный момент пуска скольжение s = 1, по­этому, пренебрегая током х.х., пусковой ток можно определить подставив s = 1:

I_п = U₁/ .

Пусковой момент по

M_п =

Улучшить пуско­вые свойства двигателя можно увеличением актив­ного сопротивления цепи ротора r₂', так как в этом случае уменьшение пускового тока сопровождается увеличением пускового момента. В то же время на­пряжение U₁ по-разному влияет на пусковые пара­метры двигателя: с уменьшением U₁ пусковой ток уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства двигателя, но одновременно уменьшается пусковой момент. Целесообразность применения того или иного способа улучшения пусковых свойств двигателя определяется конкретными условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые предъявляются к его пусковым свойствам. Помимо пусковых значений тока I_п и момента М_п пусковые свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями: продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой опе­рации, ее экономичность (стои­мость и надежность пусковой ап­паратуры и потерь энергии в ней). Пуск двигателя с фазным ротором. Наличие контактных колец у двигателей с фазным ро­тором позволяет подключить к обмотке ротора пусковой реостат. При этом активное сопро­тивление цепи ротора увеличива­ется до значения R₂ = r₂' + r_д', где r_д' — электрическое сопротивление пускового реостата, приве­денное к обмотке статора. При выборе сопротивления пускового реостата r_доб исходят из условий пуска двигателя: если двигатель включают при значи­тельном нагрузочном моменте на валу, сопротивление пускового реостата r_до6 выбирают таким, чтобы обеспечить наибольший пус­ковой момент; если же двигатель включают при небольшом нагрузочном моменте на валу, когда пусковой момент не имеет решающего значения для пуска, оказы­вается целесообразным сопротивление ПР r_доб выбирать несколько больше значения, соответствующего наибольшему пусковому мо­менту. В этом случае пусковой момент оказывается несколько меньшим наибольшего значения М _п.mах, но зато пусковой ток значительно уменьшается.

Вопрос 48. Короткозамкнутые АД с улучшенными пусковыми характеристиками. Двигатель с глубокими пазами пазами на роторе и с двумя клетками на роторе. Конструкция, принцип действия, достоинства и недостатки. Двигатель с глубокими пазами на роторе. От обычного асинхронного двигателя этот двигатель отличается тем, что у него пазы ротора сделаны в виде узких глубоких щелей, в которые уложены стержни обмотки ротора, представляющие собой узкие полосы. С обеих сторон эти стержни приварены к замыкающим кольцам. Обычно глубокий паз имеет соотношение размеров h_п/ b_п = 9÷10, где h_п, b_п — высота и ширина паза.

В момент включения двигателя, когда частота тока в роторе имеет наибольшее значение (f₂ = f₁), индуктивное сопротивление нижней части каждого стержня значительно больше верхней. Объясняется это тем, что нижняя часть стержня сцеплена с большим числом магнитных силовых линий поля рассеяния. Почти весь ток ротора проходит по верхней части стержня, поперечное сечение которой намного меньше сечения всего стержня. Это равноценно увеличению активного сопротивления стержня ротора, что, как известно, способствует росту пускового момента двигателя и некоторому ограни­чению пускового тока. Таким образом, двигатель с глубокими пазами на роторе об­ладает благоприятным соотношением пусковых параметров: большим пусковым моментом при сравнительно небольшом пус­ковом токе.

 

Двигатель с двумя клетками на роторе. Еще лучшими пусковыми свойствами обладают асинхронные двигатели с двумя короткозамкнутыми клетками на роторе: рабочей клеткой 1, стержни которой расположены в ниж­нем слое, и пусковой клеткой 2, стержни которой расположены в верхнем слое, ближе к воздушному зазору. В момент пуска двигателя ток ротора проходит в основном по верхней (пусковой) клетке, обладающей малым индуктивным со­противлением. При этом плотность тока в стержнях пусковой клетки намного больше плотности тока в стержнях рабочей клетки. Повышенное активное сопротивление этой клетки обеспечивает двигателю значитель­ный пусковой момент при пони­женном пусковом токе. По мере увеличения частоты вращения ро­тора уменьшается частота тока в роторе, при этом индуктивное со­противление рабочей клетки уменьшается, и распределение плотности тока в стержнях пусковой и рабо­чей клеток становится почти оди­наковым. В итоге происходит пере­распределение вращающего момента между клетками: если в начальный период пуска момент создается главным образом токами пусковой клетки, то по окончании периода пуска вращающий момент создается в основном токами рабочей клетки. Максимальное значение момента пусковой клетки вследствие ее повышенного активного сопротивления смещено в сторону скольжений, близких к единице. Вращающие моменты от обеих клеток направлены в одну сторону, поэтому результирующий момент двигателя равен сумме моментов пусковой М_пк и рабочей М_раб.к клеток М = М_п.к + М_раб.к Двигатели с двумя клетками на роторе по сравнению с асин­хронными двигателями обычной конструкции имеют повышенную стоимость, что объясняется сложностью конструкции.

 

 

Вопрос47. Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Различные способы пуска, их схемы, достоинства и недостатки. Пуск непосредственным включением в сеть. Этот способ пуска, отличаясь простотой, имеет существенный не­достаток: в момент подключения двигателя к сети в обмотке ста­тора возникает большой пусковой ток, в 5—7 раз превышающий номинальный ток двигателя. При небольшой инерционности ис­полнительного механизма частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро спадает, не вызывая перегрева обмотки статора. Но такой значи­тельный бросок тока в питающей сети может вызвать в ней замет­ное падение напряжения. Однако этот способ пуска благодаря своей простоте получил наибольшее применение для двигателей мощностью до 38—50 кВт и более (при достаточном сечении жил токоподводящего кабеля). При необходимости уменьшения пуско­вого тока двигателя применяют какой-либо из способов пуска короткозамкнутых двигателей при пониженном напряжении.

Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток двигателя пропорционален подведенному напряже­нию U1, уменьшение которого вызывает соответствующее умень­шение пускового тока.

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора треугольником, можно применить пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник. В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. При этом фазное напряжение на статоре понижается в раз. Во столько же раз уменьшается и ток в фаз­ных обмотках двигателя. Кроме того, при соединении обмоток звездой линейный ток равен фазному, в то время как при соединении этих же обмоток треугольником линейный ток больше фазного в раз. Следовательно, переключив обмотки статора звездой, мы добиваемся уменьшения линейного тока. После того как ротор двигателя разгонится до частоты вра­щения, близкой к установившейся, переключатель быстро перево­дят в положение «треугольник» и фазные обмотки двигателя ока­зываются под номинальным напряжением. Недостаток - уменьшение фазного напряжения в раз сопровождается уменьшением пускового момента в три раза. Такое значительное уменьше­ние пускового момента не позволяет применять этот способ пуска для двигателей, включаемых в сеть при значительной нагрузке на валу. Более универсальным является способ с понижением подводимого к двигателю напряжения посредством реакторов (реактивных катушек — дросселей). При разомкнутом рубильнике1, включают рубильник 2. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы, на которых происходит падение напряжения. В резуль­тате на обмотку ста­тора подается пони­женное напряжение. После разгона ро­тора двигателя включают рубиль­ник 1 и подводимое к обмотке статора напряжение оказы­вается номиналь­ным. Недостаток это­го способа пуска состоит в том, что сопровождается уменьшением пускового момента. Пуск двигателя через понижающий автотрансформа­тор. Автотрансформаторный способ пуска сопровождается умень­шением пускового момента. С точки зрения уменьше­ния пускового тока автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, так как при реакторном пуске пусковой ток в пи­тающей сети уменьшается в U^/₁/ U_1ном раз, а при автотрансформа­торном - в (U^/₁/ U_1ном)² раз.

Вопрос 49. Регулирование частоты вращения АД. Основные способы, их техническая реализация. Достоинства и недостатки. Частота вращения ротора асинхронного двигателя n₂ =n₁(1 - s) = (f₁60/ p)(l - s). Из этого выражения следует, что частоту вращения ротора асинхронного двигателя можно регулировать изменением какой - либо из трех величин: скольжения s, частоты тока в обмотке ста­тора f ₁ или числа полюсов в обмотке статора 2р.

Регулирование частоты вращения изменением скольжения s возможно тремя способами: изменением подводимого к обмотке статора напряжения, нарушением симметрии этого напряжения и изменением активного сопротивления обмотки ротора. Регулировка частоты вращения изменением скольжения про­исходит только в нагруженном двигателе. В режиме холостого хода скольжение, а следовательно, и частота вращения остаются практически неизменными. Регулирование частоты вращения изменением частоты тока в статоре. Этот способ регулирования (частотное регулирование) ос­нован на изменении синхронной частоты вращения n₁ = f ₁ 60/ р. Для осуществления этого способа регулирования необходим источник питания двигателя переменным током с регулируемой частотой. В качестве таких источников могут применяться преобразователи частоты (ПЧ). Чтобы регулировать частоту вращения, достаточно изменить частоту тока f ₁. Но с изменением частоты f ₁ = ω₁p/ (2π) будет изменяться и максимальный момент. Поэтому для сохранения неизменным перегрузочной способности, необходимо одно­временно с изменением частоты f ₁ изменять и напряжение питания U₁. Подводимое к двигателю напряжение необходимо изменять пропорционально изменению частоты тока.Частотное регулирование двигателей позволяет плавно изме­нять частоту вращения в широком диапазоне (до 12:1). Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора. Частота вращения ротора асинхронного двигателя обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Количество пар полю­сов не может быть дробным числом, поэтому регулирование — ступенчатое. Изменение числа пар полюсов можно получить укладкой в пазы статора не одной, а двух обмоток. В зависимости от того, какая обмотка работает, такая и частота вращения. Недостаток такого способа — плохое использование обмоточного провода, по тому что всегда работает только одна обмотка. Также изменение числа пар полюсов можно получить ис­ пользованием обычной обмотки путем переключения катушечных групп. Многоскоростные двигатели имеют недостатки: Большие габариты и масса.

 

 

Вопрос 50. Устройство, принцип действия и пуск однофазного асинхронного двигателя. Фазосдвигающие элементы. Асинхронные конденсаторные двигатели. Устройство, принцип действия, отличие от однофазного. Включение без фазосдвигающего элемента. По своему устройству однофазный асинхронный двигатель аналогичен трехфазному и состоит из ста­тора, в пазах которого уложена однофазная обмотка (см. рис. 8.8), и короткозамкнутого ротора. Особен­ность работы однофазного асинхронного двигателя заключается в том, что при включении однофазной обмотки статора С1—С2 в сеть МДС ста­тора создает не вращающийся, а пульсирующий маг­нитный поток с амплитудой Ф_mах. При этом ось магнитного потока остается неподвижной в про­странстве. Когда по обмотке статора протекает однофазный ток и ротор неподвижен, создается пульсирующее магнитное поле. Результирующий вращающий момент при пуске равен нулю и двигатель без специальных пусковых устройств не сможет прийти во вращение. С этой целью на статоре двигателя помимо рабочей обмотки применяют еще одну обмотку — пусковую. Эти обмотки располагают на статоре обычно так, чтобы их оси были смещены относительно друг друга на 90 эл. град. Кроме того, токи в обмот­ках статорадолжны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для этого в цепь пусковой обмотки включают фазо смещающий элемент (ФЭ), в качестве которого могут быть применены активное сопротивление, индуктивность или ем кость. По достижении частотой вращения значения близкого к номинальному, пусковую обмотку Вотключают с по мощью реле. Таким образом, во время пуска двигатель является двухфазным, а во время работы — однофазным. Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в про­странстве относительно друг друга на 90 эл. град. Одну из обмоток — главную — включают непосредственно в однофазную сеть, а дру­гую — вспомогательную — включают в эту же сеть, но через ра­бочий конденсатор С_ра6. В отличие от рассмотренного ранее однофазного асинхронно­го двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмот­ка после пуска не отключается и остается включенной в течение всего периода работы, при этом емкость С_раб создает фазовый сдвиг между токами.Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС стато­ра, то конденсаторный двигатель - с вращающейся. Поэтому конденсаторные двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям. Емкость конденсатора зависит от значения тока, который, в свою очередь, определяется нагрузкой. При изменении нагрузки вращающееся магнитное поле становится эллиптическим. Так как пусковой ток в однофазных двигателях в 3-4 раза больше номинального, то используют так называемую пусковую емкость, которая в 3-4 больше рабочей. По окончании разгона двигателей пусковую емкость отключают.

 

Вопрос 51. Однофазный двигатель с экранированными полюсами. Устройство, принцип действия, основные характеристики. Для создания пускового момента в асинхронных двигателях малой мощности применяют конструкцию с явно выраженными экранированными полюсами, на которых располагают однофазную обмотку. Полюсыимеют расщепленную на две части конструкцию, при этом на одну из частей каждого полюса надет короткозамкнутый виток (экран) в виде медного кольца. Ротор двигателя короткозамкнутый. При включении обмотки статора в сеть пульсирующий поток наводит в короткозамкнутом витке (экране) ток, препятствующий нарастанию магнитного потока и вызывающий фазовый сдвиг по­тока в этой части полюса. В результате потоки в обеих частях каждого полюса оказываются сдвинутыми по фазе относительно друг друга, что, в свою очередь, приводит к образо­ванию в двигателе вращающегося магнитного поля. Часто для улучшения пусковых и рабочих характеристик двигателя между полюсами помещают магнитные шунты в виде стальных пласти­нок, замыкающих края полюсных наконечников полюсов статора. Асинхронные двигатели с экранированными полюсами нере­версивны — ротор всегда вращается в направлении от неэкрани­рованной части полюса к экранированной. Обычно эти двигатели изготовляют мощностью не более 100 Вт и применяют для привода устройств, не требующих большого пускового момента (элек­тропривод вентиляторов, электропроигрывателей и т. п.) Недостатки: большие габариты, небольшой пусковой момент, малый коэффициент мощности, невысокий КПД, отсутствие реверса.

 

Вопрос 52. Трехфазный АД в режиме однофазного. Схемы включения, расчет и выбор конденсатора. В этом случае трехфазный двигатель используют как конденсаторный, включив его по одной из схем. Величину рабочей емкости С_раб (мкФ) при промышленной часто­те (50 Гц) можно ориентировочно определить по одной из эмпири­ческих формул:

для схемы рис. а... С_ра9 = 2700 1_{1 Н}ом/U₁ ном;

для схемы рис. б... С_раб = 2800 I_{1 Н}ом/U ₁ном;

для схемы рис. в... С_Раб = 4800 1_{1 Н}ом/U₁ ном;

При подборе рабочей емкости необходимо следить за тем, чтобы величина тока в обмотке статора при установившемся режиме работы с требуемой нагрузкой на валу не превышала номинального значения, указанного в паспорте двигателя. Если пуск двигателя осуществляет­ся вхолостую или с небольшой нагрузкой на валу, то пусковая емкость не требуется. Если же двигатель пускается в ход со значи­тельной нагрузкой на валу, то пусковая емкость С_пуск необходима. Величину этой емкости принимают С_пуск = (2,5 3) С_раб. В этом случае пусковой момент двигателя становится близким к номиналь­ному. При необходимости дальнейшего увеличения пускового момен­та емкость С_пуск следует увеличить до (6ч-8) С_раб. При использовании трехфазного двигателя в однофазном конден­саторном режиме (рис. 23.7) его полезная мощность не превышает 70 — 80% номинальной мощности при его работе от трехфазной се­ти, а при однофазном режиме с отключением одной фазной обмотки (без ФЭ) полезная мощность двига­теля не превышает 60% от мощ­ности в трехфазном режиме.

 

 

Вопрос 53. Индукционный регулятор и фазорегулятор. Преобразователь частоты. Назначение, устройство, принцип действия. Индукционный регулятор напряжения (ИР) представляет собой асинхронную машину с фазным ротором, предназначенную для плавного регулиро­вания напряжения. Рассмотрим работу трехфазного ИР, получившего преимущественное применение. Ротор ИР заторможен посредством червячной пере­дачи, которая не только удерживает его в заданном положении, но и позволяет плавно поворачивать его относительно статора. Обмотки статора и ротора в ИР имеют автотрансформаторную связь, поэтому ИР иногда называют поворотным авто­трансформатором.Напряжение сети U₁подводится к обмотке ротора, при этом ротор создает вращающееся магнитное поле, наводящее в обмотке ротора ЭДС Е₁ , а в об­мотке статора — ЭДС Е₂ .ИР применяются во всех случаях, где необходима плавная ре­гулировка напряжения, например в лабораторных исследованиях. Фазорегулятор (ФР). Предназначен для изменения фазы вто­ричного напряжения относительно первичного при неизменном вторичном напряжении. В отличие от ИР об­мотки ротора и статора ФР электрически не соединены друг с дру­гом, т. е. имеют транс­форматорную связь,поэтому ФР иногда называют поворотным транс­форматором.Изменение фазы вторичного напряже­ния осуществляется поворотом ротора от­носительно статора. Первичной обмоткой в ФР обычно является обмотка статора. Фазорегуляторы приме­няются в устройствах автоматики (для фазового управления) и измерительной технике (для проверки ваттметров и счетчиков). Асинхронный преобразователь частоты. Как известно, частота тока в роторе асинхронной машины зависит от скольжения (f ₂ = s f ₁).Это свойстве асинхронных машин используется в асинхронных преобразователях частоты (АПЧ). Обмотку статора АПЧ подключают к трехфазной сети с часто­той f ₁, а ротор приводят во вращение приводным двигателем (ПД) в направлении против вращения поля статора. В этом случае в обмотке ротора наводится ЭДС Е₂ частотой f ₂ >f ₁, так как скольжение s >1. Указанная ЭДС через контактные кольца и щет­ки создает на выходе АПЧ напряжение. Если требуется получить на выходе АПЧ напряжение частотой f ₂ < f ₁, то ротор вращают в направлении вращения поля статора с час­тотой вращения n₂ < n₁(при этом s <1). Мощность на выходе АПЧ складывается из элек­тромагнитной мощности Р_эм, передаваемой в обмотку ротора вращающимся полем статора, и механической мощности приводного двигателя Р_пд, т. е. Р₂ = Р_эм + Р_пд. Соотношение между мощностями Р_эм и Р_пдзависит oт скольжения. Так, при работе АПЧ со скольжением s = 2эти мощности равны и ротор половину мощности получает от статора, а половину — от приводного двигателя. При необходимости плав­ной регулировки частоты на выходе АПЧ в качестве приводного двигателя применяют электродвигатель с плавной регулировкой частоты вращения, например двигатель постоянного тока. Однако чаще всего АПЧ используют для получения определенной частоты тока f ₂ и в качестве приводного применяют асинхронный или синхронный двигатель.

Вопрос 54. Сельсины. Назначение, виды, устройство и принцип действия. Схема включения сельсинов в индикаторном режиме. Сельсинами называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин имеет однофазную обмотку возбуждения и трехфаз­ную обмотку синхронизации, соединенную звездой. Одна из обмо­ток располагается на роторе, а другая — на статоре. На обмотки возбуждения сельсинов подано напряжение U1. Ток, проходящий по ним, создает магнитный поток. В свою очередь магнитный поток наводит в обмотках синхронизации ЭДС: Ед – в сельсине-датчике (СД) и Еп в сельсине-приемнике (СП). Если ротор СД занимает такое же положение как и ротор СП, их ЭДС равны, и тока в цепи синхронизации нет. Если ротор СД повернуть на угол а, то одноименные фазы обмоток синхронизации сельсинов окажутся не в одинаковых условиях по отношению к магнитному потоку и их ЭДС не будут одинаковы. В результате возникнет ток синхронизации, вызванный разность ЭДС сельсинов. Он, взаимодействуя с магнитным полем, создаст вращающие моменты на роторе СД, направленные встречно повороту, а на роторе СП – в сторону поворота. Поэтому поворот ротора СД будет сопровождаться синхронным поворотом ротора СП.

 

Вопрос 55. Асинхронные исполнительные двигатели. Конструкция, принцип действия, особенности работы. В системах управления, регулирования и контроля широко применяются управляемые электродвигатели небольшой мощности. С помощью этих двигателей осуществляется преобразование электрического сигнала в механическое перемещение — вращение вала. Такие электродвигатели называют исполнительными (ИД).Характер требований, предъявляемых к исполнительным дви­гателям, определяется спецификой их работы: частые пуски, ре­версы, постоянно изменяющаяся частота вра­щения. Основные требования - отсутствие самохода, т. е. самоторможение при снятии сигнала управления; широкий диапазон регу­лирования частоты вращения; линейность ха­рактеристик; большой пусковой момент; малая мощность управления; быстродействие (малоинерционность).На статоре асинхронного исполнительного двигателя расположена двухфазная обмотка. Одна из фазных обмоток — об­мотка возбуждения (ОВ) - постоянно вклю­чена в сеть с напряжением U₁, а на другую - обмотку управления (ОУ) — напряжение (сиг­нал управления) U_c подается лишь при необходимости включения двигателя.Асинхронные исполнительные двигатели выпускаются на небольшие мощности и имеют несколько разновидностей в зависимости от выполнения ротора: с обмотки в виде беличьей клетки, с полым немагнитным ротором и полым ферромагнитным ротором. Ротор с беличьей клеткой имеет обычную конструкцию. Для увеличения сопротивления клетка выполняется из материалов с повышенным удельным сопротивлением (латунь, бронза и др.). Недостатком такого ротора является большой его момент инерции, что снижает быстродействие двигателя. Значительно меньший момент инерции имеет полый ротор, который выполняется в виде тонкостенного стакана, с одной торцевой стороны насаженного на вал. Немагнитный полый ротор изготовляется из алюминиевого сплава. Толщина его стенок 0,2 - 1 мм. Полый ротор, закрепленный на валу, вращается в зазоре между внешним и внутренним статорами. На внешнем статоре располагаются обмотки, а внутренний статор служит для уменьшения магнитного сопротивления в контуре главного магнитного потока. Как внешний, так и внутренний статор собирается из листов электротехнической стали, покрытых лаком. Воздушным зазором в двигателе с полым немагнитным ротором следует считать зазор между внутренним и внешним статорами. Он относительно велик: 0,5-1,5 мм. Вследствие этого такие двигатели имеют увеличенный ток холостого хода; он составляет 0,8-0,9 номинального тока. Это приводит к увеличению габаритов двигателя и снижению его КПД. Иногда полый ротор выполняется ферромагнитным (стальным). В этом случае внутренний статор не требуется, так как магнитный поток замыкается по стенкам ротора (толщина его стенок 0,5-3 мм). Конструктивно двигатели с ферромагнитным ротором получаются проще, чем двигатели с полым немагнитным ротором

Вопрос 59. Потери и КПД синхронных машин. Магнитные потери. КПД синхронного генератора. Энергетическая диаграмма. Преобразование механической энергии в электрическую в генераторе и электрической энергии в механическую в двигателе сопровождается некоторыми потерями энергии, которые выделяются в виде тепла, нагревая электрическую машину. Электрические потери ΔР_эл появляются в результате того, что каждая обмотка обладает определенным сопротивлением, препятствующим прохождению по ней электрического тока. Они пропорциональны сопротивлению данной обмотки и квадрату протекающего по ней тока, т. е. сильно возрастают с увеличением нагрузки машины. Электрические потери вызывают нагрев проводов обмоток. К электрическим потерям относятся также потери, возникающие при протекании тока через щетки и через переходное сопротивление между щетками и коллектором; они вызывают нагрев коллектора и щеток. Магнитные потери ΔР_М (потери в стали) возникают в сердечниках якоря и полюсов в результате перемагничивания стали этих сердечников и образования в них вихревых токов. Перемагничивание стали сердечника якоря происходит потому, что при вращении якоря каждая его точка попеременно проходит то под северным, то под южным полюсам. Перемагничивание стали полюсных наконечников вызывается в результате изменения магнитной индукции в воздушном зазоре машины в пределах ±ΔВ при вращении зубчатого якоря. Магнитные потери вызывают нагрев сердечника якоря и полюсов, они почти не зависят от нагрузки машины, но резко возрастают с увеличением частоты перемагничивания, т. е. частоты вращения якоря. Механические потери ΔP_МХ возникают в результате трения: в подшипниках, щеток по коллектору, деталей машины о воздух в процессе вентиляции. Эти потери вызывают нагрев подшипников, коллектора и щеток, с увеличением нагрузки они возрастают незначительно. При повышении частоты вращения якоря электрической машины механические потери резко возрастают. Добавочные потери ΔP_доб обусловливаются различными вторичными явлениями, имеющими место при работе электрических машин под нагрузкой: возникновением вихревых токов в проводниках обмотки якоря, неравномерным распределением тока по сечению проводников и индукции в воздушном зазоре машины, воздействием коммутационных токов (в машинах постоянного тока) и переменных потоков рассеяния (в машинах переменного тока), которые индуцируют вихревые токи в крепежных деталях, и др.

КПД синхронной машины зависит от величины нагрузки (β = Р₂/ Р_ном) и от ее характера (соs φ₁).

h = Р₂ / Р₂ + ΔP