Электрические машины Лекция 8 Общие сведения Электрическая

Электрические машины Лекция 8

Общие сведения Электрическая машина — это электромеханический машина преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Лоренца, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле. Электрическая машина может преобразовывать : Ø механическую энергию в электрическую - эл/генератор; Ø электрическую энергию в механическую - эл/двигатель; Ø параметры электрической энергии (частоту, напряжение) - трансформаторы и электро-машинные преобразователи.

Виды машин Ø Асинхронная машина — электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля в воздушном зазоре на частоту скольжения. Ø Синхронная машина— электрическая машина переменного тока, в которой частоты вращение ротора и магнитного поля в зазоре равны. Ø Машина постоянного тока— электрическая машина, тока питаемая постоянным током и имеющая коллектор.

Вращающееся магнитное поле Магнитные индукции полей, создаваемые каждой фазой, как и напряжения, подведённые к этим фазам, являются синусоидальными и отличаются по фазе на угол 120°.

Найдём результирующую магнитную индукцию с помощью векторных диаграмм, построив их для нескольких моментов времени: При t=0 При t=T/4 При t=T/2

BB Приняв начальную фазу индукции в фазе A (φA) равной нулю, можно записать: BA=Bmsin(ωt), BB=Bmsin(ωt− 120°), BC=Bmsin(ωt− 240°). Магнитная индукция результирующего магнитного поля определяется векторной суммой этих трёх магнитных индукций:

Ø Как следует из векторных диаграмм, магнитная индукция B результирующего магнитного поля машины вращается, оставаясь неизменной по величине. Таким образом, трёхфазная обмотка статора создаёт в машине круговое вращающееся магнитное поле. Направление вращения магнитного поля зависит от порядка чередования фаз. Величина результирующей магнитной индукции: B=3 Bm/2 Ø Частота вращения магнитного поля n 0 зависит от частоты сети f и числа пар полюсов магнитного поля p. n 0=(60 f)/p [об/мин]

Устройство трёхфазной асинхронной машины

Типы ротора: üКороткозамкнутый üФазный ῀U 1 Вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.

῀U 1 Типы ротора: üФазный üКороткозамкнутый Вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – обмотка статора, 3 – ротор, 4 – контактные кольца, 5 – щетки.

Режимы работы трёхфазной асинхронной машины Отношение разности частот вращения поля n 0 и ротора n к частоте вращения поля называют скольжением: S=(n 0−n)/n 0 или S=[(n 0−n)/n 0]100% При неподвижном роторе S=1 При синхронной скорости S=0 Обычно у асинхронных двигателей нормального исполнения при номинальной нагрузке скольжение составляет 1 -6% Если частоту вращения ротора увеличить до частоты выше синхронной, то асинхронная машина перейдет а генераторный режим: n>n 0 и S<0 режим

Вращающий момент асинхронного двигателя номинальный Момент- сила, с которой ротор действует на нагрузку. пуска В асинхронном двигателе мощность ротора торможения равна части мощности статора. Мощность, подведенная к статору, за вычетом потерь в обмотках и стали, и поступившая на ротор, называется электромагнитной мощностью (Рэм). Она создает вращающий эл/маг. момент (Мэм), который приводит во вращение ротор: Рэм=Мэмω0=Мэм 2 f 1/p Рмех=Мэмω, где ω0 и ω- угловые скорости вращения магнитного поля и ротора; р - число пар полюсов.

Вращающий момент асинхронного двигателя Рмех=Рэм- - , Рэ2 Рс2 где - часть э/м мощности, теряемой в обмотке ротора Рэ2 (эл/потери); потери в стальном сердечнике ротора Рс2 на гистерезис и вихревые токи. n 0=(60 f)/p, где: p – число пар полюсов машины; f – частота сети. Ø Редуктор – механическое устройство, позволяющее менять соотношение в шестеренках. М≈Мэм=Сm. Фm I 2 cos 2

Пуск асинхронного двигателя 1. Прямое включение в сеть n М(n) Если зависимость тормозящего момента от скорости М (n) и механическая характеристика двигателя М(n) имеют вид, показанный на графике, М (n) 0 Мн Мп М М то после включения обмотки статора к сети двигатель останется неподвижным при М < М => необходимо выбирать двигатель большей мощности с таким расчетом, чтобы пусковой момент двигателя Мп был больше тормозного, т. е. М > М

Для улучшения пусковых свойств асинхронные двигатели снабжаются роторами специальной конструкции (с двойной и одной «беличьей клеткой» , уложенной в глубокие пазы). В период пуска происходит увеличение сопротивления обмотки ротора, основанное на явлении вытеснения тока.

2. Пуск при пониженном напряжении Понижение напряжения производят с целью уменьшения пускового тока, но одновременно происходит уменьшение пускового момента. Если напряжение при пуске понизить в раз, пусковой момент понизится в 3 раза. Поэтому этот способ пуска можно применять только при отсутствии нагрузки на валу, т. е. в режиме холостого хода. Если, согласно паспортным данным, двигатель должен включаться в сеть по схеме треугольник, то для снижения пускового тока на время пуска в ход обмотку статора включают по схеме звезда.

3. Пуск двигателя с фазным ротором Для реостатного пуска используют асинхронные двигатели с фазным ротором, в цепь ротора включается пусковой реостат. Пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.

механические характеристики

Мощность. Потери энергии Мощность, подводимая к статору асинхронного двигателя из сети: Р 1=m 1 U 1 cos 1

Синхронные машины 1 -якорь 2 -обмотка 3 -полюсы индуктора 4 -обмотка воз 5 -кольца и щетки

Синхронные машины по типу ротора: Ротор явнополюсной N S Ротор неявнополюсной N S

Схема синхронного генератора