Однофазный двигатель с экранированными полюсами
Для создания пускового момента в асинхронных двигателях малой мощности применяют конструкцию с явно выраженными экранированными полюсами (рис. 4.30, а), на которых располагают однофазную обмотку. Полюсы 1 имеют расщепленную на две части конструкцию, при этом на одну из частей каждого полюса надет короткозамкнутый виток (экран) в виде медного кольца 2. Ротор двигателя короткозамкнутый.
Рис. 4.30. Асинхронный двигатель с экранированными полюсами
При включении обмотки статора в сеть пульсирующий поток наводит в короткозамкнутом витке (экране) ток, препятствующий нарастанию магнитного потока и вызывающий фазовый сдвиг тока в этой части полюса (рис. 4.30, б). 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.). Отечественной промышленностью изготовляются асинхронные двигатели с экранированными полюсами серии АД...Е, предназначенные для привода приборов с вентиляторной нагрузкой. Эти двигатели мощностью от 2,5 до 25 Вт рассчитаны на работу от сети напряжением 220 В частотой 50 Гц. Кратность пускового момента этих двигателей Мп/Мн = 0,5÷0,6.
|
|
|
Тема 1.4. Синхронные машины
Общие положения. Устройство.
Синхронная машина, как и другие электрические машины состоит из двух основных частей (рис.3.1): неподвижного статора 1 и вращающегося ротора 2. При этом ротор конструктивно может быть явнополюсным или неявнополюсным.
Принципиальное отличие синхронных машин с различными роторами состоит в следующем. В случае неявнополюсного ротора размер воздушного зазора δ между статором и ротором сохраняется постоянным по всему периметру внутренней окружности (расточки) статора. В случае явнополюсного ротора значение зазора сохраняется постоянным только на длине дуги описывающей каждый башмак (наконечник) полюса ротора. В пространствах между башмаками полюсов значение воздушного зазора многократно увеличивается. Поэтому магнитная проводимость машины с неявнополюсным ротором является одинаковой во всех радиальных направлениях. Магнитная проводимость машины с явнополюсным ротором резко уменьшается при переходе от направлений, совпадающих с продольной осью полюсов ротора к направлениям, перпендикулярным (поперечным) к этой оси ротора.
|
|
|
Рис.3 1. Схема электромагнитная синхронной машины: а —с явнополюсным ротором; б — с неявнополюсным ротором.
Практикой электромашиностроения доказано, что синхронные машины с частотой вращения до 3000 об/мин целесообразно изготовлять с явнополюсными роторами, а с частотой вращения 3000 об/мин и выше — с неявнополюсными роторами. Судовые синхронные машины изготовляются, как правило, с явнополюсными роторами.
Нетрудно представить, что синхронная машина с явнополюсным ротором имеет сходство с машиной постоянного тока независимого возбуждения. Конструктивное отличие их заключается во взаимной перемене мест расположения обмоток якоря и возбуждения и отсутствии коллектора (в синхронных машинах). При этом магнитная цепь синхронной машины (см. рис. 1) принципиально не отличается от магнитной цепи машины постоянного тока. Расчет и построение магнитных характеристик этих машин производятся одинаково.
|
|
|
Синхронные машины изготавливаются в качестве генераторов и двигателей. Каждая из них является обратимой, т. е. может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Однако синхронные машины применяются главным образом в качестве генераторов переменного трехфазного тока. Синхронные генераторы являются основными источниками электроэнергии переменного трехфазного тока на всех современных электростанциях. Процесс введения синхронного генератора в одиночную работу аналогичен процессу введения в работу генераторов постоянного тока независимого возбуждения. При этом ротор генератора разгоняется до синхронной частоты вращения п. Обмотка возбуждения 3 (см. рис.3.1) через щетки 4 и кольца 5 подключается к источнику электроэнергии постоянного тока напряжением uв; в результате генератор возбуждается, и в обмотке статора наводится ЭДС Е0 (соответствующая холостому ходу), а на зажимах генератора возникает напряжение U; к обмотке статора подключается нагрузка, создающая ток I.
Одно из основных достоинств синхронного генератора заключается в том, что обмотка его якоря (статора) является неподвижной и соединение обмотки с потребителями электроэнергии (внешней сетью) производится без скользящих контактов. Это дает возможность изготовлять синхронные генераторы большой мощности при обеспечении высокой надежности.
|
|
|
Процесс наведения ЭДС в проводниках (витках) обмотки якоря подробно рассмотрен при изучении генераторов постоянного тока. В синхронных генераторах этот процесс отличается только тем, что витки обмотки якоря (статора) неподвижны и пересекаются магнитным потоком Ф0, который вращается вместе с ротором.
На рис.3.2 показано изменение ЭДС витка АХ обмотки статора при вращении двухполюсного ротора генератора. При этом даны характерные положения ротора и соответствующие им значения ЭДС за один его оборот. В точках 1, 3, 5 ЭДС витка равна нулю, так как виток скользит по индукционным линиям и не пересекает поток ротора, в точках 2, 4 ЭДС витка имеет максимальное значение (но противоположное направление), так как виток пересекает наибольшее количество индукционных линий магнитного поля ротора. Рассматривая все другие положения ротора, можно определить промежуточные значения ЭДС и построить непрерывную кривую ее изменения, которая представляет собой синусоиду, описываемую уравнением
е = Eмакс sin ωt
Если обмотка статора имеет w витков, а частота синусоиды f, то действующее значение ЭДС, наведенной в обмотке, определяется формулой :
Е = 4,44 f w Фмакс.
Рис.3.2 График ЭДС, наведенной в обмотке статора и потока, сцепленного с обмоткой.
В теории машин переменного тока данная формула обычно дополняется коэффициентами, которые учитывают укорочение обмоток, скос пазов и др.
Из рассмотрения рис.3.2 можно убедиться, что ЭДС, наведенная в витке (обмотке), отстает на угол, равный 90°, от магнитного потока Ф, сцепленного с витком. Действительно, в положениях 1, 3, 5 плоскость витка перпендикулярна продольной оси ротора, и виток охватывает весь магнитный поток ротора, но ЭДС витка при этом равна нулю. В положениях 2, 4 плоскость витка совпадает с продольной осью ротора, и виток не охватывает поток ротора, но ЭДС витка максимальна. Поэтому на векторных диаграммах вектор индуктивной ЭДС Е всегда показывается отстающим на угол, равный 90°, от вектора потока Ф.
Значение периода Т синусоиды ЭДС синхронного генератора, а следовательно, и ее частоты f зависит от частоты вращения и количества пар полюсов ротора. Очевидно, что если при одной паре полюсов один оборот ротора соответствует одному периоду изменения ЭДС (см. рис.3.2), то при n/60 оборотах в секунду ротора и при количестве пар полюсов ротора р частота ЭДС обмотки статора будет определяться формулой
Для того чтобы получить трехфазный переменный ток, т. е. три ЭДС синусоиды которых сдвинуты на угол, равный 2π/3, на статоре синхронного генератора размещаются три отдельные части (фазы) обмотки АХ, BY, CZ (см. рис.3.1), начала которых А, В и С сдвинуты по окружности статора при двухполюсном роторе на 120 эл. град, при большем числе полюсов — на угол 120/р эл. град. Концы фаз X, Y, Z обычно сходятся в одной точке. В результате обмотка статора трехфазного синхронного генератора оказывается включенной по схеме «звезда».
При протекании трехфазного переменного тока нагрузки по трехфазной обмотке статора синхронного генератора, обмотка статора создает в воздушном зазоре машины собственное вращающееся магнитное поле, частота вращения которого п1 равна
где f1 — частота тока обмотки статора.
Частоты f и f1, входящие в эти формулы, не могут быть различными:
= 
откуда п = n1.
Следовательно, частота вращения ротора синхронного генератора всегда равна частоте вращения магнитного поля обмотки статора генератора, т. е. ротор генератора вращается синхронно с полем обмотки статора.
Такие электрические машины (генераторы и двигатели) называют синхронными.
Обмотки статоров синхронных и асинхронных машин, т.е. машин переменного тока, так же как и машин постоянного тока, подразделяются на однослойные и двухслойные, петлевые и волновые.
Однослойные обмотки применяются для машин малой мощности, двухслойные — для машин средней и большой мощности.
Построение двухслойных петлевых и волновых обмоток статоров машин переменного тока принципиально не отличается от построения обмоток якорей машин постоянного тока. Однако схемное и конструктивное исполнения этих обмоток имеют некоторые отличия. Основное из них заключается в том, что обмотка якоря машины постоянного тока является замкнутой, образуя электрическую цепь в виде кольца. В обмотке ее якоря индуцируется общая ЭДС, приложенная к щеткам коллектора. Обмотка статора машины переменного тока представляет собой обмотку якоря машины постоянного тока, разделенную (разрезанную) на три (лучше шесть) частей, из которых образуются три отдельные фазы. В каждой из фаз индуцируются различные ЭДС (сдвинутые на 120 эл. град). Начало и конец каждой фазы обмотки подключаются к зажимам, расположенным в коробке выводов машины. С помощью этих зажимов обмотка статора соединяется в схему «звезда» (или «треугольник»). К этим же зажимам подключается внешняя электрическая сеть.
Обмотка статора не подключается к коллектору, поэтому не характеризуется шагом по коллектору. Обмотка статора может состоять из одной последовательной цепи или нескольких параллельных цепей (не более 2р).
Основной конструктивной составной частью обмотки якоря машины постоянного тока является секция. Аналогичную часть обмотки статора принято называть катушкой (из-за отсутствия коллектора).
При построении обмотки статора машины переменного тока задаются: число полюсов машины (ротора) — 2р, число фаз обмотки — m, число пазов статора — z.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1048; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!