Основные элементы конструкции электрических машин переменного тока

теги:


Устройство асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором показано на примере двигателя серии AM (рис. 1).

Устройство АД с короткозамкнутым ротором 

Рис. 1 - Устройство АД с короткозамкнутым ротором

Основными частями АД являются неподвижный статор 10 и вращающийся внутри него ротор, отделенный от статора воздушным зазором.

Для уменьшения вихревых токов сердечники ротора и статора набираются из отдельных листов, отштампованных из электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Листы оксидируются (подвергаются термической обработке), что увеличивает их поверхностное сопротивление.

Сердечник статора встраивается в станину 12, являющуюся внешней частью машины. На внутренней поверхности сердечника имеются пазы, в которых уложена обмотка 14. Статорную обмотку чаще всего делают трехфазной двухслойной из отдельных катушек с укороченным шагом из изолированного медного провода. Начала и концы фаз обмотки выводят на зажимы коробки выводов.

Обмотку статора можно соединить звездой (Y) или треугольником (∆). Это дает возможность применять один и тот же двигатель при двух различных линейных напряжениях, находящихся в отношении √3, например, 127/220 В или 220/380 В. При этом соединению Y соответствует включение АД на высшее напряжение.

Сердечник ротора в собранном виде напрессовывается на вал 15 горячей посадкой и предохраняется от проворачивания при помощи шпонки. На внешней поверхности сердечник ротора имеет пазы для укладки обмотки 13. Обмотка ротора в наиболее распространенных АД представляет собой ряд медных или алюминиевых стержней, расположенных в пазах и замкнутых по торцам кольцами. В двигателях мощностью до 100 кВт и более обмотка ротора выполняется заливкой пазов расплавленным алюминием под давлением. Одновременно с обмоткой отливаются и замыкающие кольца вместе с вентиляционными крылатками 9. По форме такая обмотка напоминает «беличью клетку».

Для специальных двигателей обмотка ротора может выполняться подобно статорной. Ротор с такой обмоткой помимо указанных частей имеет три укрепленных на валу контактных кольца, предназначенных для соединения обмотки с внешней цепью. АД в этом случае называется двигателем с фазным ротором или с контактными кольцами.

Вал ротора 15 объединяет все элементы ротора и служит для соединения АД с исполнительным механизмом.

Воздушный зазор между ротором и статором составляет от 0,4 — 0,6 мм для машин малой мощности и до 1,5 мм у машин большой мощности. Подшипниковые щиты 4 и 16 двигателя служат опорой для подшипников ротора. Охлаждение двигателя осуществляется по принципу самообдува вентилятором 5. Подшипники 2 и 3 закрыты снаружи крышками 1, имеющими лабиринтовые уплотнения. На корпусе статора устанавливается коробка 21 с выводами 20 обмотки статора. На корпусе укрепляется табличка 17, на которой указываются основные данные АД. На рисунке обозначено также: 6посадочное гнездо щита; 7 – кожух; 8 – корпус; 18 – лапа; 19 – вентиляционный канал.





В большинстве случаев СМ выполняют с неподвижным статором (якорем), а питание на обмотку возбуждения подводят через щетки с помощью двух колец.

Конструктивная схема синхронной машины

Рис. 1 - Конструктивная схема синхронной машины

На статоре СМ (рис. 1), включающем корпус 1 и сердечник статора 2, расположена трехфазная обмотка 3, подключаемая к сети. Обмотка возбуждения 5 располагается на полюсе 4 ротора 6 и получает питание от источника постоянного тока посредством контактных колец 9 и щеток 8. Вращение ротора 6 обеспечивается в подшипниковых щитах 7, в которые встроены подшипники. Ротор может иметь явно выраженные (рис. 2, а) или неявно выраженные полюса (рис. 2, б). Явнополюсный ротор обычно применяют в тихоходных СМ с большим числом полюсов (четыре и более), неявнополюсный — в быстроходных машинах (на 3000 об/мин), имеющих на роторе два полюса.

В первом случае обмотку возбуждения 5 выполняют в виде  катушек прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках полюсов и укрепляют с помощью полюсных наконечников 10. В неявнополюсном роторе обмотку возбуждения размещают в пазах 12 сердечника, выполненного в виде массивной стальной поковки, и укрепляют в них при помощи немагнитных клиньев. Лобовые части обмоток, на которые воздействуют большие динамические усилия, крепят с помощью цилиндрических стальных бандажей. В полюсных наконечниках явнополюсных роторов СМ размещают демпферную (успокоительную) обмотку II, необходимую для улучшения переходных процессов.

Конструктивная схема ротора  синхронной машины: а – явнополюсного; б - неявнополюсного

Рис. 2 - Конструктивная схема ротора синхронной машины: а – явнополюсного; б — неявнополюсного 

Назначение обмотки возбуждения в СМ заключается в создании магнитного поля, синусоидально-распределенного на ширине полюса. Для этого полюсным наконечникам в явнополюсных роторах придают такую конфигурацию чтобы под серединой полюса воздушный зазор между полюсным наконечником и статором был минимальным, а по краям — увеличенным (рис. 2, а). Эта же цель в неявнополюсном роторе  достигается за счет того, что пазы для укладки обмотки возбуждения занимают примерно 2/3 каждого полюсного деления (рис. 2, б).

В настоящее время все более широкое применение находят бесщеточные синхронные машины, не имеющие контактных колец на роторе и щеточных устройств. В таких машинах обмотка возбуждения получает питание от выпрямителя, вращающегося вместе с ротором. Выпрямитель, в свою очередь, получает питание от возбудителя, который имеет на вращающемся роторе трехфазную обмотку, возбуждаемую неподвижными постоянными магнитами, расположенными на статоре.





Машины переменного тока делятся на две основные группы — синхронные ( СМ ) и асинхронные (AM) машины. Кроме того, находят применение многие типы специальных электрических машин — коллекторные, гистерезисные, индукторные, шаговые, линейные и т.п.

Синхронной называют машину переменного тока, у которой скорость вращения ротора с обмоткой (индуктора) находится в строго постоянном отношении к частоте сети и не зависит от нагрузки, а именно

Синхронной называют машину переменного тока, у которой скорость вращения ротора с обмоткой (индуктора) находится в строго постоянном отношении к частоте сети и не зависит от нагрузки

где f1 — частота сети; p — число пар полюсов ротора.

Асинхронной называют машину, у которой скорость вращения ротора при заданной частоте сети f1 зависит от нагрузки, т.е.

Асинхронной называют машину, у которой скорость вращения ротора при заданной частоте сети  зависит от нагрузки

Процессы преобразования энергии во всех машинах электромеханического типа, в том числе и в машинах переменного тока, подчиняются трем основным законам, получившим название законов электромеханики.

Первый закон касается энергетических соотношений и устанавливает, что преобразование энергии в электрических машинах не может происходить с КПД, равным или большим 100%, т.е. процесс преобразования во всех случаях сопровождается потерями энергии, которые имеют место в электрических контурах или в конструктивных элементах машин.

Второй закон электромеханики касается закономерностей взаимодействия магнитных полей, создаваемых обмотками вращающихся и неподвижных частей машины. Этот закон формулируется следующим образом. Магнитные поля, создаваемые вращающимися обмотками, и обмотками, расположенными на неподвижных элементах электромеханических преобразователей, перемещаются в одном направлении и с одинаковыми скоростями, или неподвижны друг относительно друга. Так, в машинах постоянного тока основное магнитное поле, создаваемое неподвижными обмотками возбуждения, неподвижно и поле, создаваемое вращающим якорем, так же неподвижно. В асинхронных и синхронных машинах магнитные поля статора и ротора вращаются с одинаковыми скоростями в одном направлении и таким образом также неподвижны друг относительно друга.

Третий закон определяет принцип обратимости электромеханических преобразователей. Подобно машинам постоянного тока синхронные и асинхронные машины обратимы, т.е. могут работать как в генераторном, так и в двигательном режимах.

В  судовых электроэнергетических системах СМ применяются, главным образом, в качестве генераторов — основных и вспомогательных источников электроэнергии, AM — преимущественно в качестве двигателей. В промышленности широкое применение находят и синхронные двигатели (СД). Асинхронные генераторы используются, как правило, в специальных установках. В последние годы они нашли применение в мощных ветроустановках.





radionet