Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Занятие 37
Электрические машины переменного тока (8)
Цель: Дать понятие о назначении электрических машин переменного тока, их классификации и применении.
Сформировать знания о трехфазных электродвигателях.
Дать представление об однофазных асинхронных электродвигателях, о синхронных электродвигателях.
Тема: Электрические машины переменного тока: общие сведения. Получение вращающееся магнитное поле
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В электрических машинах осуществляется взаимное преобразование механической и электрической энергии. Так, для выработки электрической энергии на электростанциях применяются генераторы — электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. Машины, преобразующие электрическую энергию в механическую, называются электродвигателями.
Одна и та же электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Это свойство электрических машин называют обратимостью. Принцип обратимости электрических машин был впервые установлен русским ученым Э. X. Ленцем.
Использование электрических машин в качестве генераторов и двигателей является их главным назначением. Применение электрических машин в различных отраслях техники может иметь и другие цели. Так, для преобразования тока промышленной частоты в ток более высокой частоты используются электромашинные преобразователи, для усиления мощности электрических сигналов — электромашинные усилители, для регулирования напряжения переменного тока — индукционные регуляторы, для повышения коэффициента мощности потребителей — синхронные компенсаторы. Очень разнообразно применение электрических машин в устройствах автоматики и вычислительной техники. Здесь электрические машины используются не только в качестве двигателей, но и в качестве тахогенераторов (для преобразования частоты вращения в электрический сигнал), сельсинов, вращающихся трансформаторов (для получения электрических сигналов, пропорциональных углу поворота вала) и т. д.
Различают электрические машины постоянного тока и машины переменного тока.
Машины переменного тока делят на асинхронные и синхронные. Асинхронные машины используются (главным образом в качестве двигателей, синхронные — в качестве генераторов и двигателей. Синхронные двигатели применяются в тех случаях, когда необходима постоянная частота вращения. Асинхронные двигатели используются для привода машин и механизмов, не требующих строго постоянной частоты вращения.
В бытовых электроустановках (холодильниках, стиральных машинах и др.) обычно применяются однофазные асинхронные двигатели. В промышленности наиболее широко используются трехфазные асинхронные двигатели, поэтому далее им уделяется особое внимание.
Первый трехфазный асинхронный двигатель был создан русским изобретателем М. О. Доливо-Добровольским. В настоящее время выпускаются различные типы трехфазных асинхронных двигателей мощностью от десятков ватт до тысяч киловатт.
В электрических машинах четко выделяется подвижная часть, называемая ротором, и неподвижная — статор. Ротор двигателя, вращаясь, приводит в действие различные механизмы и транспортные средства. Вращение рото
Рис. 8.1
ра синхронных и асинхронных двигателей осуществляется под действием так называемого вращающегося магнитного поля, образуемого многофазным переменным током, протекающим в обмотках статора.
ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Изучим условия, при которых образуется вращающееся магнитное поле, на примере трехфазной машины. В трехфазном генераторе (см. рис. 5.7, а) в обмотках статора, соединенных звездой и
сдвинутых под углом 120° по отношению друг к другу, индуцируются ЭДС за счет вращения магнитного поля ротора. Если же этот статор включить в трехфазную сеть, то токи его обмоток образуют вращающееся магнитное поле. Почему?
Токи IА, IВ, Iс обмоток статора создают симметричную систему векторов магнитной индукции Ва, ВB, Вс (рис. 8.2), сдвинутых под углом 120° по отношению друг к другу.
Из рис. 8.2 видно, что в любой момент времени t сумма мгновенных значений магнитных индукций равна нулю, а также сумма векторов ВА + ВB + Вс = 0. Но это справедливо для случая, когда обмотки не сдвинуты в пространстве. Так, в момент времени, когда Вс = 0 (точка t1 на рис. 8.2), мгновенные значения ВА и ВB направлены навстречу друг другу и равны по модулю. Поэтому, если бы
обмотки статора были расположены без сдвига в пространстве (рис. 8.3, а), суммарная магнитная индукция была бы равна нулю. Так как обмотки сдвинуты под углом 120° (рис. 8.3, б), то
.
На рис. 8.4 показано построение вектора суммарной магнитной индукции статора для моментов времени t1 (рис. 8.4, а) и t2 (рис. 8.4, б). Вектор со временем поворачивается, не изменяя своей длины. Таким образом, магнитное поле статора трехфазного двигателя — вращающееся.
За период магнитное поле делает один полный оборот. Если частота тока 50 Гц, то магнитное поле вращается с частотой п = 60f = 3000 мин-1.
а А б А
Рис. 8.4
С увеличением числа р пар полюсов частота вращения магнитного поля уменьшается в р раз, т. е.
n1=60f/р. (8.1)
Итак, вращающееся магнитное поле статора образуется при выполнении двух условий: токи в обмотках должны быть сдвинуты по фазе, а сами обмотки смещены в пространстве друг по отношению к другу (1).
Направление вращения магнитного поля зависит от порядка следования фаз на обмотках двигателя А — В — С или А — С — В (рис. 8.5).
Классификация электрических машин:
а) по способу крепления (на лапах, фланцах, выносных подшипниковых стойках);
б) по способу защиты от окружающей среды (открытые, защищенные, закрытые, взрывобезопасные и т. д.);
в) по способу охлаждения (естественное, принудительное, воздушное, водородное).
Разновидности электрических машин можно представить в виде блок-схемы (рис. 9.1).