Ольга Косарева - Шпаргалка по общей электронике и электротехнике

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Устройство асинхронного двигателя следующее. На неподвижной части двигателя – статоре размещается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе двигателя. Так как в обмотках статора протекает переменный ток, то по стали статора будет проходить переменный магнитный поток. Для уменьшения вихревых токов, возникающих в статоре, его делают из отдельных штампованных листов легированной стали толщиной 0,35 и 0,5 мм. Недостатки: трудность регулировки скорости вращения и большой пусковой ток. Поэтому наряду с ними применяют еще асинхронные двигатели с фазным ротором.

Устройство статора такого двигателя и обмотка его не отличаются от устройства статора двигателя с ко-роткозамкнутым ротором. Различие между двумя этими двигателями заключается в устройстве ротора. Электродвигатель с фазным ротором имеет ротор, на котором, как и на статоре, помещены три фазные обмотки, соединенные между собой звездой.

Синхронной машиной называется машина, скорость вращения которой постоянна и определяется при заданной частоте переменного тока числом пар полюсов p: v= 60 ·н/p.По принципу обратимости, открытому Э.Х. Ленцем, синхронная машина может работать как генератором, так и двигателем.

В основе работы синхронных генераторов лежит явление электромагнитной индукции. Так как принципиально безразлично, будет ли движущийся проводник пересекать неподвижное магнитное поле, или, наоборот, подвижное поле будет пересекать неподвижный проводник, то конструктивно синхронные генераторы могут быть изготовлены двух видов. В первом из них магнитные полюсы можно поместить на статоре и питать их обмотку постоянным током, а проводники расположить на роторе и снимать с них при помощи колец и щеток переменный ток.

Часто ту часть машины, которая создает магнитное поле, называют индуктором, а ту часть машины, где располагается обмотка, в которой индуктируются ЭДС, называют якорем. Следовательно, в первом типе генератора индуктор неподвижен, а якорь вращается.

Статор синхронного генератора, как и других машин переменного тока, состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, в пазах которого укладывается обмотка переменного тока, и станины – чугунного или сварного из листовой стали кожуха. В выштампованные на внутренней поверхности сердечника пазы укладывается обмотка статора. Изоляция обмотки выполняется особо тщательно, так как машине приходится работать обычно при высоких напряжениях. В качестве изоляции применяют миканит и миканитовую ленту.

Роторы синхронных машин по конструкции делятся на два типа:

1) явнополюсные (т. е. с явно выраженными полюсами);

2) неявнополюсные (т. е. с неявно выраженными полюсами).

Явнополюсный ротор представляет собой стальную подковку. К ободу ротора прикрепляют полюсы, на которые надеваются катушки возбуждения, соединяемые последовательно между собой. Концы обмотки возбуждения присоединяются к двум кольцам, укрепленным на валу ротора. На кольца накладываются щетки, к которым присоединяется источник постоянного напряжения. Обычно постоянный ток для возбуждения ротора дает генератор постоянного тока, сидящий на одном валу с ротором и называемый возбудителем. Мощность возбудителя равна 0,25-1% от номинальной мощности синхронного генератора. Номинальное напряжение возбудителей 60-350 В.

Имеются также синхронные генераторы с самовозбуждением. Постоянный ток для возбуждения ротора получается с помощью селеновых выпрямителей, подключаемых к обмотке статора генератора. В первый момент остаточное поле магнетизма вращающегося ротора индуктирует в обмотке статора незначительную переменную ЭДС. Селеновые выпрямители, подключенные к переменному напряжению, дают постоянный ток, который усиливает поле ротора, и напряжение генератора увеличивается.

При конструировании электрических машин и трансформаторов большое внимание конструкторы обращают на вентиляцию машин. Для синхронных генераторов применяется воздушное и водородное охлаждение.

Генератор постоянного тока представляет собой электрическую машину, преобразующую механическую энергию вращающего ее первичного двигателя в электрическую энергию постоянного тока, которую машина отдает потребителям. Генератор постоянного тока работает на принципе электромагнитной индукции. Поэтому основными частями генератора являются якорь с расположенной на нем обмоткой и электромагниты, создающее магнитное поле.

Якорь имеет форму цилиндра и набирается из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы изолированы друг от друга слоем лака или тонкой бумаги. Впадины, штампованные по окружности каждого листа, при сборке якоря и сжатии листов образуют пазы, кудаукладываются изолированные проводники обмотки якоря.

На валу якоря укрепляется коллектор, состоящий из отдельных медных пластин, припаянных копределенным местам обмотки якоря. Пластины коллектора изолированы друг от друга миканитом. Коллектор служит для выпрямления тока и отвода его при помощи неподвижных щеток во внешнюю сеть.

Электромагниты генератора постоянного тока состоят из стальных полюсных сердечников, привернутых болтами к станине. Станина генератора отливается из стали. У машин очень малой мощности станина отливается вместе с полюсными сердечниками. В остальных случаях сердечники полюсов набираются из отдельных листов электротехнической стали. На сердечники надеваются катушки, изготовленные из медной изолированной проволоки. Пропущенный через обмотку возбуждения постоянный ток создает магнитный поток полюсов. Для лучшего распределения магнитного потока в воздушном зазоре к ярму прикрепляют полюсы с наконечниками, собран-iные из отдельных стальных листов.

При вращении якоря в магнитном поле плюсов в проводнике его обмотки индуктируются ЭДС, переменная по величине и направлению. Если концы одного витка припаять к двум медным кольцам, на кольца наложить щетки, соединенные с внешней сетью, то при вращении витка в магнитном поле в замкнутой цепи потечет переменный электрический ток. На этом основано действие генераторов переменного тока.

Если же концы витка присоединить к двум медным полукольцам, изолированным друг от друга и называемым пластинами коллектора, и наложить на них щетки, то при вращении витка в магнитном поле в витке будет по-прежнему индуктироваться переменная ЭДС. Однако во внешней цепи будет протекать изменяющийся по величине ток постоянного направления (пульсирующий ток).

Нейтральной линией, или геометрической нейтралью, называется линия, проходящая через центр якоря и перпендикулярная оси полюсов. Активная сторона витка в этом положении скользит вдоль магнитных линий, не пересекая их. Поэтому ЭДС в витке не наводится и ток в цепи равен нулю. Ширина щетки больше ширины коллекторного деления, образованного пластиной и изолирующим промежутком, и виток, находясь на нейтральной линии, замыкается в этот момент щетки накоротко.

Для генераторов, работающих с резко изменяющейся нагрузкой (подъемные краны, прокатные станы), применяют иногда компенсационную обмотку, закладываемую в пазы, специально сделанные в полюсных наконечниках. Направление тока компенсационной обмотки должно быть противоположно току в проводниках обмотки якоря. На дуге, охватываемой полюсным наконечником, магнитное поле компенсационной обмотки будет уравновешивать поле реакции якоря, не допуская искажения поля машины. Компенсационная обмотка, так же как обмотка дополнительных полюсов, включается последовательно с обмоткой якоря.

В зависимости от способа создания магнитного поля генераторы постоянного тока делятся на три группы:

1) генераторы с постоянными магнитами, или магнитоэлектрические;

2) генераторы с независимым возбуждением;

3) генераторы с самовозбуждением. Магнитоэлектрические генераторы состоят из одного или нескольких постоянных магнитов, в поле которых вращается якорь с обмоткой. Ввиду очень малой вырабатываемой мощности генераторы этого типа для промышленных целей не применяются.

У генератора с независимым возбуждением обмотки полюсов питаются от постороннего, независимого от генератора, источника постоянного напряжения (генератора постоянного тока, выпрямителя и др.).

Питание обмотки возбуждения полюсов генератора с самовозбуждением осуществляется со щеток якоря самой машины. Принцип самовозбуждения заключается в следующем. При отсутствии тока в обмотке возбуждения якорь генератора вращается в слабом магнитном поле остаточного магнетизма полюсов. Независимая ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря в этот момент, посылает слабый ток в обмотку полюсов. Магнитное поле полюсов увеличивается, отчего ЭДС в проводниках якоря также увеличивается, что, в свою очередь, вызовет увеличение тока возбуждения. Так будет продолжаться до тех пор, пока в обмотке возбуждения не установится ток, соответствующий величине сопротивления цепи возбуждения. Самовозбуждение машины может произойти лишь в том случае, если ток, протекающий по обмотке полюсов, будет создавать магнитное поле, усиливающее поле остаточного магнетизма, и если, кроме того, сопротивление цепи возбуждения не превышает некоторой определенной величины.