Типы электрических машин

машины постоянного тока
1.Электрические машины переменного тока
Двигатели и генераторы

кузнечно-прессовые, подъемно-транспортные системы; устройства электропривода станков; медицинское оборудование и бытовые

тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме

Второе название асинхронных машин — индукционные вследствие того, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора.

частей)
высокий срок службы
высокий пусковой момент
высокая перегрузочная способность

Основной недостаток - сложность регулирования частоты вращения.

принадлежит Николе Тесла, который в Будапеште весной 1882 г. решил

Ни́кола Тесла
(1856-1943) — физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники.

внес Галилео Феррарис, который в 1885 г. в Италии построил

Галилер Феррарис (1847 -1897), Итальянский физик и инженер-электрик.

Заслуга Феррариса в том, что сделав ошибочный вывод о небольшом к.п.д. асинхронного двигателя и о нецелесообразности применения систем переменного тока, он привлек внимание многих инженеров к проблеме совершенствования асинхронных машин.

патент на трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличья

Михаил Осипович Доли́во-Доброво́льский (1861-1919) — русский электротехник польского происхождения, один из создателей техники трёхфазного переменного тока, немецкий предприниматель.

двигатели в виде серий, охватывающих определенный набор мощностей, частот вращения

вращающееся магнитное поле
Принцип действия АД
+
N
S
n1
n2
Частота вращения магнитного поля n1
Частота вращения

По закону Ампера на рамку,
пересекаемую магнитным полем,
действует сила, создающая вращающий момент.

пересечении
витка магнитным полем.
Устройства, у которых скорость
вращения ротора (рамки)

называется скольжением “S”
Sn = n1 – n2 называется частотой скольжения

вращающейся – ротора.

штампованных из листов электротехнической стали (0,5 мм). Кольца изолированы друг

которая крепится к неподвижному жесткому основанию.
В пазах статора размещаются три

обмотка

обмотка,
3 - станина,
4 - щиток
Сердечник 1 статора набирается

на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда

- треугольником,
б - звездой

IН, nН, а также тип машины.
РН – это номинальная полезная

(А) четвёртой серии защищённого исполнения.

315 – высота оси вращения

б - обмотка;
1 - сердечник,
2 - проводники,
3

Короткозамкнутая обмотка ротора выполняется по типу беличьего колеса (изо, б). В пазах ротора укладывают массивные стержни, соединенные на торцовых сторонах медными кольцами.

закладываются в пазы сердечника ротора; 4 – торцевые кольца
Двигатель

2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 –

момент и значительный пусковой ток, что является существенным недостатком «беличьей

Достоинства - легкость в изготовлении, и отсутствие электрического контакта со статической частью машины, что гарантирует долговечность и снижает затраты на обслуживание.

статорной, т. е. проводники соответствующим образом соединены между собой, образуя

же числом катушек, что и обмотка статора).
Три конца фазных обмоток

кольца обмотка присоединена к трехфазному реостату.

2 – обмотка статора, 3 – ротор, 4 – контактные

коэффициент мощности (cosφ). У асинхронного двигателя cosφ при полной

двигателей воздушный зазор стремятся делать возможно меньшим, доводя его у

из этих моментов последовательно изобразим направления результирующего магнитного поля внутри

его значение положительно

этом случае обмотка статора создаст магнитное поле с одной парой

магнитное поле.
Основное условие создания такого поля – пространственный и временной

магнитного поля (реверсирование)
Видоизменив обмотку статора, можно получить вращающееся магнитное поле

меньше, чем для р=1.
Число пар полюсов можно сделать любым, при

симметричная система токов и в машине создается вращающееся магнитное поле

увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем. Если этот момент достаточно

режиме двигателя, т.е. преобразование электрической энергии в механическую

до частоты > n1 в том же направлении, то машина

Режим генератора

направлении, противоположном направлению вращения поля статора.
Это возможно при реверсе

здесь n1 > n2. В точке «А» двигатель работает в

n1=const, n2 =f(s) – т.е зависит от величины нагрузки на

S

Магнитное поле чаще пересекает
обмотки ротора, ток в ротора растет и магнитное поле ротора размагничивает поле статора, что вызывает автоматическое увеличение тока в статоре, т.е увеличивается отбор мощности из сети

от сети.
Это автоматическое саморегулирование
асинхронной машины.
Мт
n2
s
Е2
I2
Мвр
n2
Мвр = Мт

4.44 f1w1ФМ
E2= 4.44 f2s w2ФМ
f1-частота сети,
f2s – частота изменения

f1 ≠ f2s

скольжения
f2s = nsp где р – число пар полюсов
f2s

Тогда Е2s = sE20

где E20 -э.д.с. ротора в состоянии покоя

роторе
Комплексное сопротивление ротора
ZP = R2+ jX2
X2s = w2L
X2s = 2πf2sL

R2<

постоянный коэффициент
Ток в роторе
Ψ2s –угол между I2 и Е2
ФМ –

возможная перегрузка

расчета момента можно использовать уравнение Клосса.

Для того, чтобы векторы ЭДС, напряжений и токов обмоток статора

Т.о. обмотку ротора с числом фаз m2, обмоточным коэффициентом kоб 2 и числом витков w2 заменяют обмоткой с числом фаз m1, обмоточным коэффициентом kоб 1, и числом витков w1.

Пересчет реальных параметров обмотки ротора выполняется при условии, что все мощности и фазовые сдвиги векторов ЭДС, напряжений и токов обмотки ротора после приведения должны остаться такими же, что и до приведения.

обмоток статора и ротора заменена электрической:
Приведение параметров обмотки ротора и

работающему на активную нагрузку.
В режиме холостого хода:

Если момент нагрузки на валу АД превышает его вращающий момент Mс> M2 и двигатель останавливается, то S=1

Более удобной для практического применения является Г-образная схема замещения АД, у которой намагничивающий контур вынесен на входные зажимы схемы

того, чтобы намагничивающий ток I0 не изменил свое значение, в

Схема замещения имеет два контура: намагничивающий и рабочий.

Для АД с мощностью P >1 кВт коэффициент с11

мощности электрических потерь в обмотке ротора.

:
Увеличение активного сопротивления ротора r2 приводит к росту наклона характеристики.

значениями
пускового тока I п и пускового момента Мп:
В момент

Пуск асинхронных двигателей с к. з. ротором

а) пуск непосредственным включением в сеть:

Применяется в АД мощностью до (30÷50) кВт

пусковой ток Iп = (5 ÷7) Iн , но значительный Мп

снижением пускового момента Мп
Пуск асинхронных двигателей с к. з. ротором
Понижение

пониженном напряжении:
Пуск асинхронных двигателей с к. з. ротором

глубокими пазами на роторе
- эффект «вытеснения тока»
- пазы ротора «бутылочной

- двигатель с двумя клетками
на роторе

1) скольжения S;
2)

1) Изменение скольжения возможно:
а) изменением подводимого напряжения;
б) нарушением симметрии этого напряжения;
в) изменением активного сопротивления обмотки ротора.

обратную составляющую, создающую тормозящий момент Мобр.
Возможно лишь в АД с

Недостатки этого способа:
- неэкономичность (из-за роста потерь в цепи ротора);
- рост влияния нагрузки на частоту вращения;
- регулирование n2 только «вниз».

Достоинство:
- обеспечение улучшенных пусковых характеристик.

частотой тока
- преобразователей частоты (электромашинных, ионных, полупровод-никовых и т.д.)
Достоинство: широкий

Недостаток: преобразователь частоты значительно удорожает установку.

Этот способ применяется: 1) для одновременного регулирования группы АД, работающих в одинаковых условиях;
2) в пожаро и взрывоопасных средах, где применение коллекторных двигателей недопустимо.

3) Изменением числа полюсов обмотки статора
- путем укладки такой обмотки, конструкция которой позволяет получать различное число полюсов, переключая катушечные группы.

Ступенчатое регулирование (при f1=50 Гц)

Применяется только в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором.

(В АД с фазным ротором пришлось бы переключать и обмотку ротора.)

пусковым током,
начальным пусковым моментом,
плавностью и

АД с короткозамкнутым ротором мощностью Р2  100 кВт.

Для пуска

напряжение между выводами фазных обмоток статора, включив последовательно с обмоткой

- двойная беличья клетка, т.е. ротор снабжен 2 клетками, лежащими

АД с короткозамкнутым ротором:
- метод частотного регулирования:

АД с фазным ротором - метод реостатного
регулирования.

поля путем регулирования частоты тока в обмотках статора
Достоинства:

полюсов вращающегося магнитного поля статора, т. е. на изменении частоты

1 способ (у АД небольшой мощности): на статор поместить две отдельные обмотки.
2 способ (у АД большой мощности): путем изменения схемы соединения катушек одной обмотки статора, что приведет к изменению числа пар полюсов

При f1 =const

зависит только от р

цепь обмотки ротора вводится трехфазный реостат, рассчитанный на длительный режим

механическую, тепловую и другие виды энергии, а реактивная мощность –

мощность потребляемая из сети

потерь на гистерезис и вихревые токи в обмотке статора (потери

электромагнитная мощность, передаваемая ротору;

мощность потерь на нагревание проводов обмотки ротора (потери в меди);

механическая мощность;

отдаваемая на валу двигателя
Мощность потерь в роторе пропорциональна S,
Поэтому АД

- статор, в пазах которого уложена однофазная

При включении в сеть МДС обмотки статора создает пульсирующий магнитный поток, который можно разложить на два потока Фпр и Фобр, вращающихся в противоположные стороны с частотой nпр= nобр= n1.

токов в роторе, наведенных прямым и обратными потоками f2обр

Этот ток I2обр является почти чисто индуктивным и оказывает сильное размагничивающее влияние на обратное поле Фобр и тогда Mобр << Mпр.

В результате однофазный АД имеет вращающий момент M = Mпр - Mобр

При Sпр= Sобр=1 момент Mпр = Mобр

Пусковой момент однофазного АД равен нулю

момента необходимо во время пуска создать вращающееся магнитное поле.
С этой

Обмотки А и В располагают на статоре со смещением на 90 эл. градусов.

Токи в обмотках статора IА и IВ должны быть сдвинуты по фазе на 900.

Для этого в цепь пусковой обмотки включают фазосмещающий элемент (чаще всего С).

После достижения частоты вращения близкой к номинальной пусковую обмотку отключают.

и сдвинутые в пространстве на 90 эл. градусов.
Главную обмотку А

Вспомогательная обмотка В после пуска не отключается.

Таким образом, если однофазный АД работает с пульсирующей МДС статора, то конденсаторный АД - с вращающейся МДС.

Для повышения пускового момента параллельно конденсатору Сраб включают пусковой. конденсатор Спуск, емкость которого рассчитывается из условия получения кругового поля при пуске двигателя.