Книги, научные публикации
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Издание четвертое, переработанное и дополненное Москва Высшая школа 2003 УДК 621.313 31.26 30 Рецензент: Е. П. вечерний электромеханический техникум им. Л. Б. Красина) М. ...
-- [ Страница 2 ] --Неподвижная часть двигателя Ч статор Ч состоит из корпуса 11 и 10 с трехфазной обмоткой (см. гл. 8). Корпус дви гателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо де лают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обду ваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы уве личить поверхность охлаждения двигателя.
В корпусе расположен сердечник статора имеющий ших тованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты сло ем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специаль ными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемапшчивания сердечника вращающимся магнитным Рис. Устройство трехфазного асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором:
Ч вал;
2, б Ч подшипники;
3, 7 Ч подшипниковые щиты;
4 Ч коробка выво дов;
5 Ч вентилятор;
8 Ч кожух вентилятора;
9 Ч сердечник ротора с коротко замкнутой обмоткой;
10 Ч сердечник статора с обмоткой;
Ч корпус;
12 Ч лапы полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора (см. рис. 8.1), соединенные в определенном порядке выми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.
В расточке статора расположена вращающаяся часть двигате ля Ч ротор, состоящий из вала 1 и сердечника 9 с короткозамк нутой обмоткой. Такая обмотка, называемая беличье колесо, представляет собой ряд металлических (алюминиевых или мед ных) стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замк с Двух сторон короткозамыкающими кольцами (рис. 10.3, а).
Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника рото 10.3. ротор:
а Ч обмотка беличья клетка, б Ч ротор с обмоткой, выпол ненной методом литья под давлением;
Ч вал;
2 Ч коротко замыкающие кольца;
3 Ч вентиляционные лопатки (см. з 12.1). Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6% частота перемагничивания сердечника ротора со ставляет 3 Гц.
Короткозамкнутая об мотка ротора в большинстве двигателей выполняется за ливкой собранного сердеч ника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отли ваются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки (рис.
Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшип 10.4. Расположение выводов об никовых щитах 3 и 7.
мотки статора и положение пере Охлаждение двигателя мычек при соединении обмотки стато осуществляется методом об ра звездой и треугольником дува наружной оребренной поверхности корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 5, прикрытым ко жухом 8. На торцовой поверхности этого кожуха имеются отвер стия для забора воздуха. Двигатели мощностью 15 кВт и более помимо закрытого делают еще и защищенного исполнения с внут ренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этих двигате лей имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредст вом вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух ломывает нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя и охлаждение получается более эффектив ным, чем при наружном обдуве.
Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4.
Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на на Рис. 10.5. Принципиальные схемы включения трех фазных асинхронных двигателей с короткозамкну тым (а) и фазным (б) ротором пряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то тре угольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фа зы будет 380 В. Выводы обмоток фаз располагают на панели та ким образом, чтобы соединения фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания послед них 10.4). В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двига тель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником вы полнено внутри двигателя).
Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12 (см. рис. 10.2), либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для кре пления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслу живающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух).
Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронно го двигателя с ротором показана на рис. 10.5, а.
Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей Ч двигатели с фазным ротором Ч конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора 10.6). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с трехфазной обмоткой. У него имеются подшипни ковые щиты 2 и б с подшипниками качения 1 и 7. К корпусу Рис. Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором:
1,7 Ч 2, 6 Ч подшипниковые 3 Ч корпус;
4 Ч сердечник статора с 5 Ч сердечник 8 Ч вал;
выводов;
11 Ч контактные кольца прикреплены лапы 10 и коробка выводов 9. Однако ротор имеет более сложную конструкцию. На валу 8 закреплен шихтованный сердечник 5 с трехфазной обмоткой, выполненной аналогично об мотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы при соединяют к трем контактным кольцам 11, расположенным на ва лу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на ка ждое контактное кольцо (рис. 10.7) накладывают обычно две щетки 2, распола гаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обес печивающими прижатие ще ток к контактному кольцу с определенным усилием.
Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструк- Расположение щеткодержа цию и менее надежны, но телей они обладают лучшими ре гулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с корот козамкнутым ротором (см. гл. Принципиальная схема вклю чения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным рото ром показана на рис. б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом создающим в цепи ротора добавочное сопротивление На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка, на которой указаны тип двигателя, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, ко эффициент мощности, частота вращения и КПД).
Контрольные вопросы Что такое скольжение асинхронной машины?
2. Каков диапазон изменения скольжения асинхронной машины в различных режимах ее работы?
3. С какой целью обмотку статора асинхронного генератора подключают к сети трехфазного тока?
4. Каким образом асинхронный двигатель можно перевести в режим электро магнитного торможения?
Объясните конструкцию короткозамкнутого и фазового роторов.
Трехфазный двигатель предназначен для работы при напряже ниях сети 220/380 В. Как следует соединить обмотку статора этого двигателя при напряжении сети 220 В и Ч при напряжении 380 В?
Магнитная цепь асинхронной машины з 11.1. Основные Магнитодвижущая сила обмотки статора созда ет магнитный поток, который замыкается через эле менты магнитной системы машины. Магнитную систему асинхронной машины называют неявнопо (рис. так как она не имеет явно выра женных магнитных полюсов (сравните с рис. 20.1).
Количество магнитных полюсов в неявнополюсной магнитной оистеме определяется числом полюсов в обмотке, возбуждающей магнитное поле, в данном случае в обмотке статора. Магнитная система маши ны, состоящая из сердечников статора и ротора, представляет собой разветвленную симметричную магнитную цепь. Например, магнитная система че тырехполюсной машины состоит из четырех одина ковых ветвей, в каждой из которых замыкается по ловина магнитного потока одного полюса (рис.
В двухполюсной машине таких ветвей две, в Ч шесть и т. д. Каждая из таких ветвей образует неразветвленную магнитную цепь, которая и является предметом расчета. На рис.
представлена магнитная цепь неявнополюсной ма шины. Здесь видны участки магнитной цепи: воз душный зазор 5, зубцовый слой статора зубцо вый слой ротора спинка ротора спинка статора Замыкаясь в магнитной цепи, магнитный поток проходит воздушный зазор и зубцовые слои статора и ротора дважды.
Каждый из перечисленных участков оказывает магнитному потоку некоторое магнитное сопротив ление. Поэтому на каждом участке магнитной цепи затрачивается часть МДС обмотки статора, назы ваемая магнитным напряжением:
(11.1) где Ч МДС обмотки статора на пару полюсов в режиме х.х., А;
и Ч магнитные напряжения соответственно воздушного зазора, зуб цовых слоев статора и ротора, спинки статора и ро тора, А.
Таким образом, расчет МДС обмотки статора на полюсов сводится к расчету магнитных напряжений на всех участках маг нитной цепи.
Полученное в результате расчета магнитной цепи значение МДС на пару полюсов позволяет определить намагничиваю щий ток (основную гармонику) обмотки статора:
Рис. Магнитное поле четырех- Рис. Магнитная цепь асин полюсной асинхронной машины хронной машины (11.2) Исходным параметром при расчете магнитной цепи асин хронного двигателя является максимальная магнитная индукция в воздушном зазоре Величину принимают по рекомендуемым значениям в зависимости от наружного диаметра сердечника ста тора D\ и числа полюсов 2р. Например, при D\ = мм рекомендуемые значения = 0,80-5-1,1 Тл соответственно. При этом для двигателей с большим 2р принимают большие значе ния Магнитная индукция определяет магнитную нагрузку дви гателя: при слишком малом магнитная система двигателя не догружена, а поэтому габаритные размеры двигателя получаются неоправданно большими;
если же задаться чрезмерно большим значением то резко возрастут магнитные напряжения на участ ках магнитной системы, особенно в зубцовых слоях статора и ро тора, в результате возрастет намагничивающий ток статора и снизится КПД двигателя (см. з Для изготовления сердечников статора и ротора асинхрон ных двигателей обычно применяют холоднокатаные изотроп ные листовые электротехнические стали, обладающие одинако вой магнитной проводимостью вдоль и поперек проката листов Таблица 11. з 11.2. Расчет магнитной цепи асинхронного двигателя Расчет магнитной цепи электрической машины состоит в ос новном в определении магнитных напряжений для всех ее участ ков. Магнитное напряжение для любого участка магнитной це пи равно произведению напряженности поля на этом участке на его длину (11.3) Участки магнитной цепи различаются конфигурацией, разме рами и материалом. Наибольшее магнитное напряжение в воздуш ном зазоре 8. Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре где Гн/м. Расчетная длина зазора = где fc8 Ч коэффициент воздушного зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротивления зазора, вызванное зубчато стью поверхностей статора и ротора, ограничивающих воздушный зазор в асинхронном двигателе > 1). Учитывая это, получим вы ражение магнитного напряжения воздушного зазора (А):
(11.4) где Ч значение одностороннего воздушного зазора, мм.
Обычно магнитное напряжение двух воздушных зазоров, вхо дящих расчетную часть магнитной цепи асинхронного двигателя (рис. от суммарной МДС на пару полю сов Из этого следует, насколько значительно влияние вели чины воздушного зазора 8 на свойства двигателя. С увеличением МДС значительно возрастает, что ведет к увеличению намаг ничивающего тока статора [см. а следовательно, ведет к росту потерь и снижению КПД двигателя. И наоборот, с уменьше нием 8 уменьшается что ведет к росту КПД, т. е. двигатель становится более экономичным в эксплуатации. Однако при слишком малых зазорах усложняется изготовление двигателя (он становится менее технологичным), так как требует более высокой точности при обработке деталей и сборке двигателя. При этом снижается надежность двигателя. Объясняется это тем, что при очень малых зазорах 5 возрастает вероятность возникновения не равномерности зазора и, как следствие, вероятность задевания ро тора о статор.
Кроме воздушного зазора все остальные участки магнитной цепи двигателя выполнены из стали (зубцовые слои статора и ротора спинки статора и ротора Непосредственный расчет магнитных напряжений для этих участков затруднен, так как из-за магнитного насыщения стали между напряженностью магнитного поля и магнитной индукцией нет прямой пропорциональности. Поэтому для определения напряженности по полученному значению магнитной индукции необходимо пользоваться таблицами намагничивания H = 0,25 0,5 0, для данной марки электротехничес Магнитная харак кой стали.
теристика асинхронной ма Асинхронные двигатели проек шины тируют таким образом, чтобы их магнитная система была магнитно насыщена. На рис.
представлена магнитная характеристика асинхронного двигате ля Ф. = представляющая собой зависимость относи тельного значения основного магнитного потока Ф, = от относительного значения МДС = Х Здесь и значения основного магнитного потока и МДС обмотки статора в режиме холостого хода, соответствующие заданному значению магнитной индукции Магнитная характе ристика в начальной части прямолинейна, а затем, когда в магнит ной системе наступает магнитное насыщение, она искривляется.
Степень насыщения магнитной цепи машины количественно характеризуется коэффициентом магнитного насыщения, кото рый может быть определен по магнитной характеристике сле дующим образом. Из начала координат проводим прямую Ч каса тельную к магнитной характеристике Ч до пересечения с отрезком в точке с (рис. Коэффициент магнитного насы щения определяется как отношение отрезка Ъа, представляющего собой полную МДС = к отрезку представляющему собой магнитное напряжение удвоенного воздушного зазора (11.5) Обычно для асинхронных машин =1,2+1,5.
Пример 11.1. Воздушный зазор трехфазного асинхронного двигателя = мм, максимальное значение магнитной индукции = 0,9 Тл. Обмотка статора четы число последовательно соединенных витков в обмотке одной фазы = 130, обмоточный коэффициент = 0,91. Определить значение намагничи тока обмотки статора если коэффициент воздушного зазора = 1,38, а коэффициент магнитного насыщения = 1,4.
Магнитное напряжение воздушного зазора по = =0,8- Х 0,5 Х 1,38 Х = 497 A.
Если воздушный зазор данного двигателя увеличить на 20%, т. е. принять 5 0,6 мм (при прочих неизменных условиях), то намагничивающий ток статора станет равным = А, т. е. он возрастет пропорционально увеличению воз душного зазора.
з 11.3. Магнитные потоки рассеяния асинхронной машины Помимо основного (главного) магнитного потока Ф, который сцепляется с обмотками статора и ротора (рис. в асинхрон ной машине имеется еще два магнитных потока, называемых по токами рассеяния: магнитный поток рассеяния статора и магнитный поток рассеяния ротора Каждый из этих потоков рассеяния сцепляется лишь с собственной обмоткой и наводит в ней ЭДС рассеяния: в обмотке статора в обмотке ротора Наличие магнитных потоков рассеяния обусловливает индук тивности рассеяния в обмотке статора и в обмотке ротора a следовательно, и индуктивные сопротивления, называемые индук тивными сопротивлениями рассеяния: Ч индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора;
Ч ин дуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора. Здесь и Ч угловые частоты токов в обмотках статора и ротора.
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора (Ом) Здесь (11.7) Ч коэффициент магнитной проводимости рассеяния обмотки ста тора;
и Ч коэффициенты магнитной проводимости па зового, дифференциального и лобового рассеяния статора.
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора опре деляется выражениями, зависящими от типа обмотки ротора. Для короткозамкнутой обмотки при неподвижном роторе (Ом) (11.8) Здесь (11.9) Ч коэффициент магнитной проводимости рассеяния коротко замкнутой обмотки ротора: Ч коэффициенты магнитной проводимости рассеяния пазового, дифференциально го, короткозамыкающих колец и скоса пазов короткозамкнутого ротора.
Если же ротор фазный и его обмотка выполнена по типу об мотки статора, то индуктивное сопротивление (Ом) рассеяния этой обмотки при неподвижном роторе (s = 1) определяется выраже нием, аналогичным где Магнитные потоки рассеяния асинхронной машины В выражениях и расчетная длина сердечников стато ра и ротора Ч в миллиметрах.
Для расчета коэффициентов магнитной проводимости поль зуются выражениями, приводимыми в руководствах по расчету электрических машин, например в [5] или [15].
з 11.4. Роль зубцов сердечника в наведении ЭДС и создании электромагнитного момента Как известно, поверхности сердечников статора и ротора со стоят из зубцов и пазов, при этом пазовые стороны обмоток рас положены в пазах, где магнитная индукция намного меньше, чем в зубцах. Однако условия наведения ЭДС в обмотке не меняются и остаются такими же, как если бы пазовые стороны обмотки были расположены на гладкой поверхности сердечника. Объясняется это свойством непрерывности магнитных линий. Согласно этому свойству, магнитные линии вращающегося магнитного поля пере ходят из одного зубца в другой и пересекают проводники обмотки, лежащие в пазах между зубцами, наводя в них ЭДС.
Интересно отметить, что электромагнитная сила, возникаю щая при взаимодействии тока в проводе, в пазу сердеч ника, с внешним магнитным полем, приложена главным образом не к проводу, а к зубцам, образующим стенки паза. Это явление переноса механических сил с проводов на зубцы объясняется воз никновением сил, которые появляются в магнитном поле на гра нице раздела двух сред с разной магнитной про ницаемостью и всегда направлены от среды с большей магнитной про ницаемостью к среде с меньшей магнитной про ницаемостью (в рассмат риваемом случае из зуб ца в паз).
Электромагнитные силы на зуб- Для пояснения этого цах ротора явления рассмотрим два зубца с напряженностью поля в каждом и отно сительной магнитной проницаемостью и паз между этими зуб цами высотой и длиной /,. При отсутствии тока в проводнике пондеромоторные силы (11.12) а результирующая пондеромоторная сила - - = О (рис.
а).
С появлением тока i в проводнике напряженность Н\ поля в левой стенке паза уменьшится, а напряженность в правой уве личится (рис.
(11.13) где (11.14) Ч напряженность поля от тока В этом случае с учетом и результирующая пон деромоторная сила (Н), действующая на стенку правого зубца, Сила (Н), действующая непосредственно на проводник в пазу.
т. е. она в раз меньше силы, действующей на зубец сердечника.
При реальных значениях магнитной индукции в зубцах сер дечника сила, действующая на зубец в 50Ч100 раз больше си лы, действующей на проводник, расположенный в пазу Контрольные вопросы 1. Из каких участков состоит магнитная цепь асинхронной машины?
2. Какова цель расчета магнитной цепи асинхронной машины?
3. Как влияет выбор магнитной индукции в воздушном зазоре на свойства асинхронного двигателя?
4. Какие марки листовых электротехнических сталей применяют в асинхрон ных двигателях?
5. Что учитывает коэффициент воздушного зазора?
6. Как определить коэффициент магнитного насыщения?
7. Чем обусловлены индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора асинхронного двигателя?
8. Почему электромагнитные силы в асинхронном двигателе приложены глав ным образом к зубцам сердечника, а не к проводам обмотки?
глава Рабочий процесс трехфазного асинхронного двигателя з 12.1. Уравнения напряжений асинхронного двигателя Как следует из принципа действия асинхронного двигателя (см. з 6.2), обмотка ротора не имеет элек трической связи с обмоткой статора. Между этими обмотками существует только магнитная связь, и энергия из обмотки статора передается в обмотку ротора магнитным полем. В этом отношении асин хронная машина аналогична трансформатору: об мотка статора является первичной, а обмотка ротора Ч вторичной.
В процессе работы асинхронного двигателя токи в обмотках статора и ротора создают две магнито движущие силы;
МДС статора и МДС ротора. Со вместным действием эти МДС наводят в магнитной системе двигателя результирующий магнитный по ток, вращающийся относительно статора с синхрон ной частотой вращения и,. Так же как и в трансфор маторе, этот магнитный поток можно рассматривать состоящим из основного потока Ф, сцепленного как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора (маг нитный поток взаимоиндукции), и двух потоков рас сеяния: Ч потока рассеяния обмотки статора и Ч потока рассеяния обмотки ротора (см. з Рассмотрим, какие ЭДС наводят указанные потоки в обмотках двигателя.
Электродвижущие силы, наводимые в об мотке статора. Основной магнитный поток Ф, вра щающийся с частотой наводит в неподвижной обмотке статора ЭДС Е\, значение которой опреде ляется выражением [см. (7.20)] = Магнитный поток рассеяния наводит в об мотке статора ЭДС рассеяния, значение которой оп ределяется индуктивным падением напряжения в обмотке статора:
(12.1) где Ч индуктивное сопротивление рассеяния фаз ной обмотки статора [см. Ом.
Для цепи обмотки статора асинхронного двигателя, включен ной в сеть с напряжением U\, запишем уравнение напряжений по второму закону Кирхгофа:
(12.2) где Ч падение напряжения в активном сопротивлении обмот ки статора После переноса ЭДС и в правую часть уравнения (12.2) с учетом (12.1) получим уравнение напряжений обмотки статора асинхронного двигателя:
(12.3) Сравнив полученное уравнение с уравнением (1.13), видим, что оно не отличается от уравнения напряжений для первичной цепи трансформатора.
Электродвижущие силы, наводимые в обмотке ротора. В процессе работы асинхронного двигателя ротор вращается в сто рону вращения поля статора с частотой Поэтому частота вра щения поля статора относительно ротора равна разности частот вращения (п\ - Основной магнитный поток Ф, обгоняя ротор с частотой вращения индуцирует в обмотке ротора (12.4) Ч частота ЭДС в роторе, Гц;
Ч число последователь но соединенных витков одной фазы обмотки ротора;
Ч обмо точный коэффициент обмотки ротора.
Частота ЭДС (тока) в обмотке вращающегося ротора пропор циональна частоте вращения магнитного поля относительно рото ра = - называемой частотой скольжения:
т. е. частота ЭДС (тока) ротора скольжению.
Для асинхронных двигателей общепромышленного назначения эта частота обычно невелика и = 50 Гц не превышает несколь ких герц, так при s = 5% = = 2,5 Гц.
Подставив в получим Здесь Ч ЭДС, наведенная в обмотке ротора при скольже нии s = 1, т. е. при неподвижном роторе, В.
Поток рассеяния ротора индуцирует в обмотке ротора ЭДС рассеяния, значение которой определяется индуктивным па дением напряжения в этой обмотке:
(12.7) где Ч индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора при неподвижном роторе [см. Ом.
Обмотка ротора асинхронного двигателя электрически не свя зана с внешней сетью и к ней не подводится напряжение. Ток в этой обмотке появляется исключительно за счет ЭДС, наведенной основным магнитным потоком Ф. уравнение напряжений для цепи ротора асинхронного двигателя по второму закону Кирхгофа имеет вид + Кг = где Ч активное сопротивление обмотки ротора.
С учетом (12.6) и (12.7) получим - - = (12.8) Разделив все слагаемые равенства (12.8) на s, получим (12.9) напряжений для обмотки ротора.
з 12.2. Уравнения МДС и токов асинхронного двигателя Основной магнитный поток Ф в асинхронном двигателе создается совместным действием МДС обмоток статора и ротора (12.10) где Ч магнитное сопротивление магнитной цепи двигателя по току Ф;
Ч результирующая МДС двигателя, численно равная МДС обмотки статора в режиме х.х. [см.
(12.11) /о Ч ток х.х. в обмотке статора, А.
МДС обмоток статора и ротора на один полюс в режиме на груженного двигателя где Ч число фаз в обмотке ротора;
Ч обмоточный коэффи циент обмотки ротора.
При изменениях нагрузки на валу двигателя меняются токи в статоре 1\ и роторе Но основной магнитный поток Ф при этом сохраняется неизменным, так как напряжение, подведенное к об мотке статора, неизменно = const) и почти полностью уравно вешивается ЭДС Е\ обмотки статора [см. (12.3)]:
(12.13) Так как ЭДС Е\ пропорциональна основному магнитному по току Ф [см. (7.20)], то последний при изменениях нагрузки остает ся неизменным. Этим и объясняется то, что, несмотря на измене ния МДС F\ и результирующая МДС остается неизменной, т. е.
const.
Подставив вместо и их значения по и (12.12), получим = + Разделив это равенство на определим уравнение токов асинхронного двигателя:
(12.14) где Ч ток ротора, приведенный к обмотке статора.
Преобразовав уравнение (12.14), получим уравнение токов статора асинхронного двигателя (12.16) из которого следует, что ток статора в асинхронном двигателе имеет две составляющие: Ч намагничивающую (почти посто янную) составляющую л и - состав ляющую, компенсирующую МДС ротора.
Следовательно, ток ротора оказывает на магнитную систему двигателя такое же размагничивающее влияние, как и ток вторич ной обмотки трансформатора (см. з 1.5). Таким образом, любое изменение механической нагрузки на валу двигателя сопровожда ется соответствующим изменением тока в обмотке статора так как изменение этой нагрузки двигателя вызывает изменение скольжения s. Это, в свою очередь, влияет на ЭДС обмотки ротора [см. (12.6)], а следовательно, и на ток ротора Но так как этот ток оказывает размагничивающее действие на магнитную систему двигателя, его изменения вызывают соответствующие измене ния тока в обмотке статора за счет составляющей - Так, в режиме холостого хода, когда нагрузка на валу двигателя отсутст вует и s * ток л В этом случае ток в обмотке статора Если же ротор двигателя затормозить, не отключая обмот ки статора от сети (режим короткого замыкания), то скольжение s = 1 и ЭДС обмотки ротора достигает своего наибольшего значения Также наибольшего значения достигнет ток а сле довательно, и ток в обмотке статора /,.
з 12.3. Приведение параметров обмотки ротора и векторная диаграмма асинхронного двигателя Чтобы векторы ЭДС, напряжений и токов обмоток статора и ротора можно было изобразить на одной векторной диаграмме, следует параметры обмотки ротора привести к обмотке стато ра, т. е. обмотку ротора с числом фаз обмоточным коэффици ентом и числом витков одной обмотки заменить об моткой с и При этом мощности и фазовые сдвиги векторов ЭДС и токов ротора после приведения должны остаться такими же, что и до приведения. Пересчет реальных параметров обмотки ротора на приведенные выполняется по формулам, анало гичным формулам приведения параметров вторичной обмотки трансформатора (см. з При приведенная ЭДС ротора (12.17) где = = Ч коэффициент трансформации Напряжения в асинхронной машине при неподвижном роторе.
Приведенный ротора (12.18) где = = Ч коэффициент трансфор мации тока асинхронной машины.
В отличие от трансформаторов в асинхронных двигателях ко эффициенты трансформации напряжения и тока не равны Объясняется это тем, что число фаз в обмотках статора и ротора в общем случае не одинаково Лишь в с фазным ротором, у которых = эти коэффициенты равны.
Активное и индуктивное приведенные обмотки ротора:
Следует обратить внимание на некоторую специфику опреде ления числа фаз и числа витков для короткозамкнутой об мотки ротора (см. 10.3). Каждый стержень этой обмотки рас сматривают как одну фазу, а поэтому число витков одной фазы короткозамкнутой обмотки ротора = 0,5 ;
обмоточный коэффи циент такой обмотки 1, а число фаз = т. е. равно числу стержней в короткозамкнутой обмотке ротора.
Подставив в (12.9) приведенные значения параметров обмотки ротора и получим уравнение напряжений обмотки ротора в приведенном виде:
) Величину можно представить в виде тогда уравнение ЭДС для цепи ротора в приведенных параметрах примет вид Для асинхронного двига теля (так же как и для транс форматора) можно построить векторную диаграмму. Осно ванием для построения этой диаграммы являются уравне ние токов (12.14) и уравнения напряжений обмоток статора (12.3) и ротора (12.22).
Угол сдвига фаз между ЭДС и током Так как векторную диа грамму асинхронного двига теля строят по уравнениям напряжений и токов, анало гичным уравнениям транс форматора, то порядок по Рис. 12.1. Векторная диаграмма строения этой диаграммы та асинхронного двигателя кой же, что и векторной диа граммы трансформатора (см.
з 1.7).
На рис. 12.1 представлена векторная диаграмма асинхронного двигателя. От векторной диаграммы трансформатора (см. рис.
1.19) она отличается тем, что сумма падений напряжения в обмот ке ротора (во вторичной обмотке) уравновешивается ЭДС об мотки неподвижного ротора 0), так как обмотка ротора замк нута накоротко. Однако если падение напряжения ОА = рассматривать как напряжение на некоторой активной нагрузке подключенной на зажимы непод вижного ротора, то векторную диаграмму асинхронного двигателя можно рассматривать как векторную диаграмму трансформатора, на зажимы вторичной обмотки которого подключено переменное активное сопротивление Иначе говоря, асинхронный двигатель в электрическом отношении подобен трансформато ру, работающему на чисто активную нагрузку. Активная мощ ность вторичной обмотки такого трансформатора (12.23) представляет собой полную механическую мощность, развивае мую асинхронным двигателем.
Уравнениям напряжений и токов, а также векторной диаграм ме асинхронного двигателя соответствует электрическая схема замещения асинхронного двигателя.
На рис. 12.2, а х'.
представлена Т-образ ная схема замещения.
Магнитная связь обмо ток статора и ротора в асинхронном двигателе на схеме замещения заменена электрической связью цепей статора и ротора. Активное со - s можно рассматривать как внешнее сопротив Схемы замещения асинхронного ление, включенное в двигателя обмотку неподвижного ротора. В этом случае асинхронный двигатель аналогичен трансформатору, работающе му на активную нагрузку. Сопротивление Ч единст венный переменный параметр схемы. Значение этого сопротивле ния определяется скольжением, а следовательно, механической нагрузкой на валу двигателя. Так, если нагрузочный момент на валу двигателя - 0, то скольжение При этом = да, что соответствует работе двигателя в режиме х.х.
Если же нагрузочный момент на валу двигателя превышает его вращающий момент, то ротор останавливается (s Ч 1). При этом = 0, что соответствует режиму асинхронного дви гателя.
Более удобной для практического применения является Г-об разная схема замещения (рис. 12.2, которой намагничиваю щий контур вынесен на входные зажимы схемы замещения. Чтобы при этом намагничивающий ток не изменил своего значения, в этот контур последовательно включают сопро тивления обмотки статора Полученная таким образом схе ма удобна тем, что она состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего с током и рабочего с током Расчет параметров рабочего контура Г-образной схемы заме щения требует уточнения, что достигается введением в расчетные формулы коэффициента (рис. 12.2, представляющего собой отношение напряжения сети U\ к ЭДС статора Е\ при идеальном холостом ходе (s = 0) [1]. Так как в этом режиме ток холостого хода асинхронного двигателя весьма мал, то оказывается лишь немногим больше, чем ЭДС Е\, а их отношение с, = мало отличается от единицы. Для двигателей мощностью 3 кВт и более = поэтому с целью облегчения анализа выражений, характеризующих свойства асинхронных двигателей и упрощения практических расчетов, примем С\ Ч 1. Возникшие при этом не точности не превысят значений, допустимых при технических расчетах. Например, при расчете тока ротора эта ошибка соста вит от 2 до 5 % (меньшие значения относятся к двигателям боль шей Воспользовавшись Г-образной схемой замещения и приняв С\ Ч 1, запишем выражение тока в рабочем контуре:
или с учетом получим Знаменатель выражения (12.25) представляет собой полное сопротивление рабочего контура Г-образной схемы замещения асинхронного двигателя.
Контрольные вопросы 1. В чем сходство и в чем различие между асинхронным двигателем и транс форматором?
2. Почему с увеличением механической нагрузки на вал асинхронного двигате ля возрастает потребляемая из сети двигателем мощность?
3. Каков порядок построения векторной диаграммы двигателя?
4. В чем отличие Г-образной замещения от Т-образной?
глава Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя з13.1. Потери КПД асинхронного двигателя Преобразование электрической энергии в меха ническую в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энер гии, поэтому полезная мощность на выходе двигате ля всегда меньше мощности на входе (потребляе мой мощности) Р\ на величину потерь Потери преобразуются в теплоту, что в ко нечном итоге ведет к нагреву машины. Потери в электрических машинах разделяются на основные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические.
Магнитные потери в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и потерями на вих ревые токи, происходящими в сердечнике при его Величина магнитных потерь пропорциональна частоте перемагничивания где = Частота перемагничивания сердеч ника статора равна частоте тока в сети а частота перемагничивания сердечника ротора / = При частоте тока в = 50 Гц и номинальном скольжении = частота перемагничивания ротора / = = Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора настолько малы, что их в практи ческих расчетах не учитывают.
Электрические потери в асинхронном двигателе вызваны нагревом обмоток статора и ротора прохо дящими по ним токами. Величина этих потерь про порциональна квадрату тока в обмотке (Вт):
электрические потери в обмотке статора (13.2) электрические потери в обмотке ротора (13.3) Здесь и Ч активные сопротивления обмоток фаз статора и ротора пересчитанные на рабочую температуру (см. з 8.4):
где и Ч активные сопротивления обмоток при температу ре = 20 С;
а Ч температурный коэффициент, для меди и алю миния а = 0,004.
Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению:
(13.5) где Ч электромагнитная мощность асинхронного двигателя, Вт:
(13.6) Из (13.5) следует, что работа асинхронного двигателя эконо мичнее при малых скольжениях, так как с ростом скольжения рас тут электрические потери в роторе.
В асинхронных двигателях с фазным ротором помимо пере численных электрических потерь имеют место еще и электричес кие потери в щеточном контакте = где =2,2 В Ч переходное падение напряжения на пару щеток.
Механические потери Ч это потери на трение в подшип никах и на вентиляцию. Величина этих потерь пропорциональна квадрату частоты вращения ротора асинхронных двигателях с фазным ротором механические потери происходят еще и за счет трения между щетками и контактными кольцами ротора.
Добавочные потери включают в себя все виды трудноучиты ваемых потерь, вызванных действием высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. В соответствии с ГОСТом добавочные потери асинхронных двига телей принимают равными 0,5% от подводимой к двигателю мощ ности Р\:
При расчете добавочных потерь для неноминального режима следует пользоваться выражением где = Ч коэффициент нагрузки.
Сумма всех потерь асинхронного двигателя (Вт) На рис. 13.1 представлена энергетическая диаграмма асин хронного двигателя, из которой видно, что часть подводимой к двигателю мощности затрачивается в статоре на магнитные и электрические потери. Оставшаяся после этого электромагнитная мощность [см. (13.6)] передается на ротор, где частично расходуется на электрические потери и преобра зуется в полную механическую мощность Часть мощности идет на покрытие механических и добавочных потерь а оставшаяся часть этой мощности составляет полезную мощ ность двигателя.
У асинхронного двигателя КПД (13.10) Электрические потери в об мотках и ЯВЛЯЮТСЯ потерями, так как их величина зависит от нагрузки дви гателя, т. е. от значений токов в обмотках статора и ротора [см.
(13.2) и (13.3)]. Переменными яв ляются также и добавочные потери Что же касается магнитных и механических то они практически не зависят от нагруз ки (исключение составляют двига тели, у которых с изменением на грузки в широком диапазоне меняется частота вращения).
Коэффициент полезного дей ствия асинхронного двигателя с изменениями нагрузки также ме Рис. 13.1. Энергетическая диа- няет свою величину: в режиме хо грамма асинхронного двигателя лостого хода КПД равен нулю, а затем с ростом нагрузки он увели чивается, достигая максимума при нагрузке При дальнейшем увеличении нагрузки КПД незначительно снижается, а при перегрузке > он резко убывает, что объясняется ин тенсивным ростом переменных потерь + + величина которых пропорциональна квадрату тока статора, и уменьшением коэффициента мощности. График зависимости КПД от нагрузки /(Р) асинхронных двигателей имеет вид, аналогичный представленному на рис. 1.41 (см. рис. 13.7).
КПД трехфазных асинхронных двигателей общего назначения при номинальной нагрузке составляет: для двигателей мощностью от 1 до 10 кВт для двигателей мощностью более кВт Пример 13.1. Трехфазный асинхронный двигатель работает от сети напря жением 660 В при соединении обмоток статора звездой. При номинальной на грузке он потребляет из сети мощность = кВт при коэффициенте мощно сти cos 0,87. Частота вращения = 1470 об/мин. Требуется определить КПД двигателя, если магнитные потери = 265 Вт, а механические потери 123 Вт. сопротивление фазы обмотки статора = 0,8 Ом, а температура = С).
Сопротивление фазы обмотки статора, пересчитанное на рабочую темпера туру = С, (13.4) Электрические потери в обмотке статора по (13.2) Электромагнитная мощность двигателя по Номинальное скольжение Электрические потери в обмотке ротора по Добавочные потери по (13.7) Суммарные потери по (13.9) Коэффициент полезного действия является одним из основ ных параметров асинхронного двигателя, определяющим его энер КПД двигателя в номинальном режиме по гетические свойства Ч экономичность в процессе эксплуатации.
Кроме того, КПД двигателя, а точнее величина потерь в нем, рег ламентирует температуру нагрева его основных частей и в первую очередь его обмотки статора. По этой причине двигатели с низким КПД (при одинаковых условиях охлаждения) работают при более высокой температуре нагрева обмотки статора, что ведет к сниже нию их надежности и долговечности (см. з 8.4).
з 13.2. Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора вращающимся магнит ным полем. Электромагнитный момент М пропорционален элек тромагнитной мощности:
M (13.11) где = (13.12) Ч угловая синхронная скорость вращения.
Подставив в значение электромагнитной мощности по (13.5), получим т. е. электромагнитный момент асинхронного двигателя пропор мощности электрических потерь в обмотке ротора.
Если значение тока ротора по выражению подставить в (13.13), то получим формулу электромагнитного момента асин хронной машины Параметры схемы замещения асинхронной машины, х\ и входящие в выражение (13.14), являются постоянными, так как их значения при изменениях нагрузки машины остается практически неизменными. Также постоянными можно считать напряжение на обмотке фазы статора и частоту/). В выражении момента М единственная переменная величина Ч скольжение s, которое для различных режимов работы асинхронной машины может принимать разные значения в диапазоне от до - ос (см.
рис. 10.1).
Рассмотрим зависимость момента от скольжения М = при Ч Ч const и постоянных параметрах схемы замещения.
Эту зависимость принято называть характеристи кой асинхронной машины. Анализ выражения (13.14), представ ляющего собой аналитическое выражение механической характе ристики показывает, что при значениях скольжения s = и s = электромагнитный момент М - 0. Из этого следует, что механическая характеристика имеет максимум.
Для определения величины критического скольжения со ответствующего максимальному моменту, необходимо взять пер вую производную от (13.14) и приравнять ее нулю:
- 0. В результате (13.15) Подставив значение критического скольжения (по в выражение электромагнитного момента после ряда преоб разований получим выражение максимального момента (13.16) В (13.15) и (13.16) знак плюс соответствует двигательному, а знак минус Ч генераторному режиму работы асинхронной машины.
Для асинхронных машин общего назначения активное сопро тивление обмотки статора намного меньше суммы индуктивных сопротивлений: л Поэтому, пренебрегая величиной получим упрощенные выражения критического скольжения Рис. 13.2. Зависимость режимов работы асинхронной машины от скольжения Анализ вьфажения показывает, что максимальный мо мент асинхронной машины в генераторном режиме больше, чем в двигательном На рис. показана механическая характеристика асинхронной машины M при U\ = const. На этой характеристике указаны зоны, соответствующие различным режимам работы: двигательный режим (0 < s 1), когда электро магнитный момент является вращающим;
генераторный режим (-оо тормозной режим противовключением (1 < s < + ), когда электромагнитный момент М является тормозящим.
Из следует, что электромагнитный момент асинхрон ного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети:
Это в значительной степени отражается на эксплуатаци онных свойствах двигателя: даже небольшое напряже ния сети вызывает заметное уменьшение вращающего момента асинхронного двигателя. Например, при уменьшении напряжения сети на 10% относительно номинального - электро магнитный момент двигателя уменьшается на 19%:
М' где М Ч момент при номинальном напря жении сети, Ч момент при пониженном напряжении.
Для анализа работы асинхронного двигателя удобнее восполь зоваться механической характеристикой М представленной на рис. 13.3. При включении двигателя в сеть магнитное поле ста тора, не обладая инерцией, сразу же начинает вращение с син хронной частотой в то же время ротор двигателя под влиянием сил инерции в начальный момент пуска остается неподвижным = 0) и Подставив в (13.14) скольжение 5 =1, получим выражение пускового момента асинхронного двигателя Под действием этого момента начи нается вращение ро тора двигателя, при этом скольжение уменьшается, а вра щающий момент воз растает в соответст вии с характеристи кой М = fls). При критическом сколь жении момент Рис 13.3. Зависимость электромагнитного мо достигает максималь мента асинхронного двигателя от скольжения ного значения С дальнейшим нараста нием частоты вращения (уменьшением скольжения) момент М на чинает убывать, пока не достигнет установившегося значения, равного сумме противодействующих моментов, приложенных к ротору двигателя: момента х.х. и полезного нагрузочного мо мента (момента на валу двигателя) т. е.
(13.20) Следует иметь в виду, что при скольжениях, близких к едини це (пусковой режим двигателя), параметры схемы замещения асинхронного двигателя заметно изменяют свои значения. Объяс няется это в основном двумя факторами: усилением магнитного насыщения зубцовых слоев статора и ротора, что ведет к умень шению индуктивных сопротивлений рассеяния эффек том вытеснения тока в стержнях ротора, что ведет к увеличению активного сопротивления обмотки ротора. Поэтому параметры схемы замещения асинхронного двигателя, используемые при рас чете электромагнитного момента по (13.14), (13.16) и (13.18), не могут быть использованы для расчета пускового момента по Статический момент равен сумме противодействующих моментов при равномерном вращении ротора const). Допус тим, что противодействующий момент на валу двигателя соот ветствует номинальной нагрузке двигателя. В этом случае устано вившийся режим работы двигателя определится точкой на механической характеристике с координатами М = и s и Ч номинальные значения электромагнитного мо мента и скольжения.
Из анализа механической характеристики также следует, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях меньше критического < т. е. на участке ОА механической характеристики. Дело в том, что именно на этом участке изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением электромагнитного момента. Так, если двигатель работал в номинальном рехиме то име ло место равенство моментов: = + Если произошло увеличение нагрузочного момента до значения то равен ство моментов нарушится, т. е. < + и частота враще ния ротора начнет убывать (скольжение будет увеличиваться). Это приведет к росту электромагнитного момента до значения М' = + (точка В), после чего режим работы двигателя вновь станет установившимся. Если же при работе двигателя в номинальном режиме произойдет уменьшение нагрузочного мо мента до значения, то равенство моментов вновь нарушится, но теперь вращающий момент окажется больше противо действующих: > +. Частота вращения ротора начнет возрастать (скольжение будет уменьшаться), и это приведет к уменьшению электромагнитного момента М значения М" = + (точка С);
устойчивый режим работы будет вновь восстановлен, но уже при других значениях М и s.
Работа двигателя становится неустойчивой при скольжениях Так, если электромагнитный момент двигате ля М = а скольжение s = то даже незначительное увели чение нагрузочного момента вызвав увеличение скольжения 5, приведет к уменьшению электромагнитного момента М. За этим последует дальнейшее увеличение скольжения и т. д., пока сколь жение не достигнет значения s = 1, т. е. пока ротор двигателя не остановится.
Таким образом, при достижении электромагнитным момен миксимального значения наступает предел устойчивой ра боты асинхронного двигателя. Следовательно, для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы сумма нагрузочных момен тов, действующих на ротор, была меньше максимального момен та: = + < Но чтобы работа асинхронного дви гателя была надежной и чтобы кратковременные перегрузки не вызывали остановок двигателя, необходимо, чтобы он обладал перегрузочной способностью. Перегрузоч ная способность двигателя определяется отношением макси мального момента к номинальному Для асинхронных двигателей общего назначения перегрузочная способность состав ляет = Следует также обратить внимание на то, что работа двигателя при скольжении < т. е. на рабочем участке механической ха рактеристики, является наиболее экономичной, так как она соот ветствует малым значениям скольжения, а следовательно, и мень шим значениям электрических потерь в обмотке ротора = Пример 13.2. Рассчитать данные и построить механическую характеристику Мл трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типа номинальной мощностью 18,5 кВт, напряжением 220/380 В, часто той вращения 1465 об/мин. Параметры схемы замещения этого двигателя:
= 0,263 Ом, = 0,521 Ом, =0,158 Ом, = 0,892 Ом. Перегрузочная спо собность двигателя X = 2,3, кратность пускового момента = Для получения данных, необходимых для построения механи ческой характеристики двигателя, определяем номинальный электромагнитный пусковой и максимальный моменты, а также два промежуточных значения момента при скольжениях s > Результаты вычислений s О 0,023 0,20 0,4 0,7 1, О 121 278 236 150 93,6 О 0,44 1,0 0,85 0,54 0,34 0, Механическая характеристика = построенная по этим данным, при ведена рис 13.4.
Применение формулы (13.14) для расчета механических ха рактеристик асинхронных двигателей не всегда возможно, так как схемы замещения двигателей обычно не приводятся в каталогах и справочниках, поэтому для практических расчетов обычно пользуются упрощенной формулой момента. В основу этой формулы положено допущение, что активное сопротивление обмотки статора асинхронного двигателя = 0, при этом режим постоянной мощности (рис. 15.13, при переключении двигателя с одной частоты вращения на другую мощность остается примерно одинаковой, а момент на валу изменяется соответственно изменению частоты вращения Если на статоре расположить две полюсно переключаемые обмотки, то получим четырехскоростной двигатель. Однако воз можно применение и одной обмотки, допускающей путем пере ключения катушечных групп получение до четырех вариантов различных чисел полюсов. Например, асинхронный двигатель ти па имеет на статоре обмотку, допускающую пере ключение на 12, полюса.
Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов на статоре применяют исключительно в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, так как число полюсов в обмотке это го ротора всегда равно числу полюсов статора и для изменения частоты вращения достаточно изменить число полюсов в обмотке статора. В случае же фазного ротора пришлось бы и на роторе применить полюсно переключаемую обмотку, что привело бы к недопустимому усложнению двигателя.
Контрольные вопросы 1. Какими показателями характеризуются пусковые свойства асинхронных дви гателей?
2. Каковы достоинства и недостатки пусковых свойств асинхронных двигателей?
3. Как лучше, с точки зрения улучшения пусковых свойств, уменьшить пуско вой ток: снижением подводимого к двигателю напряжения или увеличением активного сопротивления в цепи обмотки ротора?
4. Каковы достоинства и недостатки пуска асинхронных двигателей непосред ственным включением в сеть?
Какие существуют способы пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении?
6. В чем сущность эффекта вытеснения тока и почему он возникает при пуске двигателя и почти исчезает при его работе?
7. Почему бутылочная форма паза ротора способствует лучшему проявлению эффекта вытеснения тока?
8. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двига телей и дайте им сравнительную оценку.
9. Почему при частотном регулировании частоты вращения одновременно с частотой тока необходимо изменять напряжение?
Х Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели з 16.1. Принцип действия и пуск однофазного асинхронного двигателя По своему устройству однофазный асинхронный двигатель аналогичен трехфазному и состоит из ста тора, в пазах которого уложена однофазная обмотка (см. рис. 8.8), и короткозамкнутого ротора. Особен ность работы однофазного асинхронного двигателя заключается в том, что при включении однофазной обмотки статора в сеть (рис. 16.1) ста тора создает не вращающийся, а пульсирующий маг нитный поток (см. з 9.4) с амплитудой изме няющейся ОТ ДО При ЭТОМ ОСЬ магнитного потока остается неподвижной в про странстве.
Для объяснения принципа действия однофаз ного двигателя пульсирующий поток разло жим на два вращающихся в противоположные стороны потока и (рис. 16.2), каждый из которых равен и вращается с частотой (об/мин) Условимся считать поток вращающийся в на правлении вращения ротора, прямым, а поток Ч обратным. Допустим, что ротор двигателя вращает ся против часовой т. е. в направлении пото Ф Ч вращения ротора меньше частоты Частота вращения магнитного поля статора поэтому скольжение ротора относительно вращающегося по тока будет (16.1) Обратный поток вращается противополож но ротору, поэтому частота вращения ротора от носительно Ч отрицательная. В этом случае скольжение ротора относительно определится выражением (16.2) Прямое поле наводит в обмотке ротора ЭДС а обратное по ле Ч ЭДС ЭДС создают в обмотке ротора токи и Известно, что частота тока в роторе пропор циональна скольжению Так как < то частота тока намного больше частоты тока Так, для однофазного двигателя с - об/мин, об/мин = 50 Гц получим:
Индуктивное сопротивление обмотки ротора току во много раз больше ее активного сопро 16.1.
тивления (потому Ток являет- Схема вклю чения одно ся почти чисто индуктивным, оказывающим силь фазного ное размагничивающее действие на асинхронно обратное поле В результате обратное поле и го двигателя обусловленный им момент оказываются зна чительно ослабленными и ротор однофазного двигателя вращается в направлении прямого поля под действием момента (16.3) где Ч электромагнитный момент, обусловленный прямым полем.
Рис. 16.2. Разложение пульсирующего магнитного потока на два вра щающихся На рис. 16.3 представлен график зависимости вращающего момента М в функции скольжения s Этот график получен путем наложения графиков и При малых значениях скольжения s, что соответствует работе двигателя в пределах номинальной нагрузки, вращающий момент М создается главным образом моментом При = 1 моменты и равны, а поэтому пуско вой момент однофазного двигателя равен нулю. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно прийти во вращение при подключении его к сети, а нуждается в первоначальном толчке, так как лишь при s 1 на ротор двигателя действует вращающий момент Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой Приведенные на рис. 16.3 зависимости моментов показывают, что однофазный асинхронный двигатель не создает пускового мо мента. Чтобы этот момент появился, необходимо во время пуска двигателя создать в нем вращающееся магнитное поле. С этой целью на статоре двигателя помимо обмотки А применяют еще одну обмотку Ч пусковую В. Эти обмотки располагают на статоре обычно так, чтобы их оси были смещены относительно друга на 90 эл. град. Кроме того, токи в обмот ках статора и должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для этого в цепь пусковой обмотки включают зосмещающий элемент (ФЭ), в качестве которого могут быть применены активное сопротивление, индуктивность или ем кость 16.4). По достижении частотой вращения значения, близкого к номинальному, пусковую обмотку В отключают с по мощью реле. Таким образом, во время пуска двигатель является двухфазным, а во время работы Ч однофазным.
Для получения вращающегося магнитного поля посредст вом двух обмоток на статоре, смещенных относительно друг друга на 90 эл. град, необходимо соблюдать следующие усло вия (рис. 16.5):
а) МДС рабочей и пусковой обмоток и должны быть равны и сдвинуты в пространстве относительно друг друга на эл. град;
б) токи в обмотках статора и должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90.
При строгом соблюдении указанных условий вращающееся поле статора является круговым, что соответствует наибольшему вращающему моменту. При частичном нарушении какого-либо из условий поле статора становится эллиптическим, содержащим об ратную составляющую (см. рис. 9.5, Обратная составляющая поля создает тормоз ной момент и ухуд шает пусковые свой ства двигателя.
Из векторных диа грамм, приведенных на рис. 16.6, видно, что активное сопротивле ние и индуктивность в качестве ФЭ не обес печивают получения фазового сдвига между токами в 90. Лишь только емкость в качестве ФЭ обеспе чивает фазовый сдвиг - 90. Значение этой емкости выбирают та ким, чтобы ток пуско вой обмотки в мо мент пуска = 1) опе режал по фазе напря жение на угол Рис. 16.5. Получение вращающегося магнитного дополняющий угол поля двухфазной системой токов 90:
Если при этом обе обмотки создают одинаковые по значению МДС, то в начальный период пуска вращающееся поле окажется круговым и двигатель будет развивать значительный начальный пусковой момент. Однако применение емкости в качестве ФЭ час то ограничивается значительными габаритами конденсаторов, тем более что для получения кругового поля требуются конденсаторы значительной Например, для однофазного двигателя мощностью Вт необходима емкость 30 мкФ при рабочем на пряжении 300Ч500 В.
Получили распространение однофазные двигатели с активным сопротивлением в качестве ФЭ. При этом повышенное активное сопротивление пусковой обмотки достигается тем, что она выпол няется проводом уменьшенного сечения (по сравнению с прово дом рабочей обмотки). Так как эта обмотка включена на непро должительное время (обычно несколько секунд), то такая ее кон струкция вполне допустима. Пусковой момент таких двигателей обычно не превышает номинального, но это вполне приемлемо при пуске двигателей при небольшой нагрузке на валу.
в) 16.6. Сравнение свойств фазосмещающих элементов:
а Ч активное сопротивление, б Ч индуктивность, в Ч емкость, г Ч механиче ские характеристики двигателя при различных фазосмещающих элементах;
1 Ч активное сопротивление;
2 Ч емкость Применение емкости в качестве ФЭ позволяет получить пус ковой момент = На рис. 16.6, г приведены меха нические характеристики однофазного асинхронного двигателя при различных ФЭ. Для большей наглядности значения момента даны в относительных единицах.
з 16.2. Асинхронные конденсаторные двигатели Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в про странстве относительно друг друга на 90 эл. град. Одну из обмоток Ч главную Ч включают непосредственно в однофазную сеть, а дру гую Ч вспомогательную Ч включают в эту же сеть, но через ра бочий конденсатор а).
В отличие от рассмотренного ранее однофазного асинхронно го двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмот ка после пуска не отключается и остается включенной в течение всего периода работы, при этом емкость создает фазовый сдвиг между токами и Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС стато ра, то конденсаторный двигатель Ч с вращающейся. Поэтому конденсаторные двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям.
Необходимая для получения кругового вращающегося поля емкость (мкФ) l,6 (16.4) при этом отношение напряжений на главной И на вспомога тельной обмотках должно быть Здесь Ч угол сдвига фаз между током и напряжением при круговом поле;
k = Чкоэффициент транс О 0,5 I 16.7. Конденсаторный двигатель:
Ч с рабочей емкостью, б Ч с рабочей и пусковой емкостями, в Ч механические характеристики;
Ч при рабочей емкости, 2 Ч при ра бочей и пусковой емкостях формации, представляющий собой отношение эффективных чисел витков вспомогательной и главной обмоток;
Ч обмоточные коэффициенты обмоток статора.
Анализ (16.4) показывает, что при заданных коэффициенте трансформации к и отношении напряжений емкость обеспечивает получение кругового вращающегося поля лишь при одном, вполне определенном режиме работы двигателя. Если же изменится режим (нагрузка), то изменятся и ток и фазовый угол а следовательно, и соответствующая круговому полю.
Таким образом, если нагрузка двигателя отличается от расчетной, то вращающееся поле двигателя становится эллиптическим и ра бочие свойства двигателя ухудшаются. Обычно расчет ведут для номинальной нагрузки или близкой к ней.
Обладая сравнительно высокими КПД и коэффициентом мощности = конденсаторные двигатели имеют неудовлетворительные пусковые свойства, так как емкость обеспечивает круговое поле лишь при расчетной нагрузке, а при пуске двигателя поле статора эллиптическое. При этом пусковой момент обычно не превышает Для повышения пускового момента параллельно емкости включают емкость называемую пусковой (рис. 16.7, Вели чину выбирают, исходя из условия получения кругового поля статора при пуске двигателя, т. е. получения наибольшего пуско вого момента. По окончании пуска емкость следует отклю чить, так как при небольших скольжениях в цепи обмотки статора, содержащей емкость С и индуктивность L, возможен резонанс из-за чего напряжение на обмотке и на конденса торе может в два-три раза превысить напряжение сети.
При выборе типа конденсатора следует помнить, что его рабо чее напряжение определяется амплитудным значением синусои дального напряжения, приложенного к конденсатору При кру говом вращающемся поле это напряжение (В) превышает напряжение сети U\ и определяется выражением (16.5) Конденсаторные двигатели иногда называют двухфаз ными, так как об мотка статора этого двигателя содержит две фазы. Двухфаз ные двигатели могут работать и без кон денсатора или дру гого ФЭ, если к фа зам обмотки статора подвести двухфаз ную систему напря жений (два напря Рис 16.8. Схемы включения двухфазного двига жения, одинаковые теля в трехфазную сеть по значению и час тоте, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90). Для получения двухфаз ной системы напряжений можно воспользоваться трехфазной ли нией с нулевым проводом, включив обмотки статора так, как по на рис. 16.8, одну обмотку Ч на линейное напряжение а другую Ч на фазное напряжение через автотрансфор матор AT (для выравнивания значения напряжений на фазных об мотках двигателя). Возможно включение двигателя и без нулевого провода (рис. 16.8, но в этом случае напряжения на обмотках двигателя будут сдвинуты по фазе на 120, что приведет к некото рому ухудшению рабочих свойств двигателя.
з 16.3. Работа трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети Трехфазный асинхронный двигатель может быть использован для работы от однофазной сети. В этом случае такой двигатель включают как конденсаторный по одной из схем рис.
Значение рабочей емкости (мкФ) при частоте переменно го тока 50 Гц можно ориентировочно определить по одной из формул: для схемы, изображенной на рис. а, (16.6) на рис. 16.9, б на рис. 16.9, в Здесь Ч но минальный (фазный) ток в обмотке стато ра, A;
Ч напря жение однофазной сети, В.
При подборе ра бочей емкости не обходимо следить за тем, чтобы ток в фазных обмотках статора при устано режиме Схемы соединения обмотки статора работы не превы- трехфазного асинхронного двигателя при вклю шал номинального чении его в однофазную сеть значения.
Если пуск двигателя происходит при значительной нагрузке на валу, то рабочей емкости следует включить пусковую емкость (16.9) В этом случае пусковой момент становится равным номиналь ному. При необходимости дальнейшего увеличения пускового момента следует принять еще большее значение пусковой емкости Большое значение для надежной работы асинхронного двига теля в качестве конденсаторного имеет правильный кон денсатора по напряжению. Следует иметь в виду, что габариты и стоимость конденсаторов определяются не только их емкостью, но и рабочим напряжением. Поэтому выбор конденсатора с большим запасом по напряжению ведет к неоправданному увеличению габаритов и стоимости установки, а включение конденсаторов на напряжение, превышающее допустимое рабочее напряжение, при водит к преждевременному выходу из строя конденсаторов, а сле довательно, и всей установки.
При определении напряжения на конденсаторе при включении двигателя по одной из рассмотренных схем необходимо иметь в виду следующее: при включении двигателя по схеме рис. 16.9, а напряжение на конденсаторе равно а при включении двигателя по схемам рис. 16.9, это напряжение равно В схемах конденсаторных двигателей обычно применяют бу мажные конденсаторы в металлическом герметичном корпусе прямоугольной формы типов КБГ Ч МН или БГТ (термостойкие).
На корпусе конденсатора указаны емкость и рабочее напряжение постоянного тока. При включении такого конденсатора в сеть пе ременного тока следует уменьшить примерно в два раза допусти мое рабочее напряжение. Например, если на конденсаторе указано напряжение 600 В, то рабочее напряжение переменного тока сле дует считать 300 В.
Пример 16.1. Определить значение рабочей емкости необходимой для работы трехфазного асинхронного двигателя типа АВ052-4 от однофазной сети напряжением = 220 В. Номинальные данные двигателя: = 80 Вт, напряже ние 220/380 В, ток сети = 0,5670,32 А.
Напряжение сети 220 В соответствует соединению обмотки статора в поэтому принимаем схему включения двигателя в одно фазную сеть по рис. в. Номинальный (фазный) ток статора = 0,32 А.
Рабочая емкость по (16.8) = 6,98 мкФ. При этом рабо чее напряжение конденсатора * = 250 В. Принимаем в качестве батарею из двух параллельно соединенных конденсаторов типа емко стью по 4 мкФ каждый (емкость батареи 8 мкФ) на рабочее напряжение 600 В.
При использовании трехфазного двигателя в однофазном кон денсаторном режиме его полезная мощность обычно не превыша ет % номинальной мощности, а при однофазном режиме без рабочей емкости полезная мощность двигателя не превышает 60 % его номинальной мощности.
з Однофазный двигатель с экранированными полюсами Для создания пускового момента в асинхронных двигателях малой мощности применяют конструкцию с явно выраженными экранированными полюсами (рис. 16.10, а), на которых распола Асинхронный двигатель с экраниро ванными полюсами гают однофазную обмотку. Полюсы имеют расщепленную на две части конструкцию, при этом на одну из частей каждого по люса надет виток (экран) в виде медного коль ца 2. Ротор двигателя короткозамкнутый.
При включении обмотки статора в сеть пульсирующий поток наводит в короткозамкнутом витке (экране) ток, препятствующий нарастанию магнитного потока и вызывающий фазовый сдвиг по тока в этой части полюса (рис. 16.10, б). В результате потоки в обеих частях каждого полюса оказываются сдвинутыми по фазе относительно друг друга, что, в свою очередь, приводит к образо ванию в двигателе вращающегося магнитного поля. Часто для улучшения пусковых и рабочих характеристик двигателя между полюсами помещают магнитные шунты в виде стальных пласти нок, замыкающих края полюсных наконечников полюсов статора.
Асинхронные двигатели с экранированными полюсами нере версивны Ч ротор всегда вращается в направлении от неэкрани рованной части полюса к экранированной. Обычно эти двигатели изготовляют мощностью не более 100 Вт и применяют для приво да устройств, не требующих большого пускового момента (элек тропривод вентиляторов, электропроигрывателей и т. п.). Отечест венной промышленностью изготовляются асинхронные двигатели с экранированными полюсами серии АД...Е, предназначенные для привода приборов вентиляторной нагрузкой. Эти двигатели мощностью от 2,5 до 25 Вт рассчитаны на работу от сети напря жением 220 В частотой 50 Гц. Кратность пускового момента этих двигателей = Контрольные вопросы 1. Почему однофазный двигатель не создает пускового момента?
2. С какой целью в цепь пусковой обмотки двигателя включают ФЭ?
3. Чем отличается однофазный двигатель от конденсаторного?
4. Как можно повысить пусковой момент в конденсаторном двигателе?
С какой целью в асинхронном двигателе с экранированными полюсами эти полюсы делают расщепленными?
Глава Асинхронные машины специального назначения з 17.1. Индукционный регулятор напряжения и фазорегулятор Индукционный регулятор напряжения (ИР) представляет собой асинхронную машину с фазным ротором, предназначенную для плавного регулиро вания напряжения. Рассмотрим работу трехфазного ИР, получившего преимущественное применение.
Ротор ИР заторможен посредством червячной пере дачи, которая не только удерживает его в заданном положении, но и позволяет плавно поворачивать его относительно статора. Обмотки статора и ротора в ИР имеют автотрансформаторную связь (рис. а), поэтому ИР иногда называют поворотным авто трансформатором.
Напряжение сети U\ подводится к обмотке ротора, при этом ротор создает вращающееся магнитное поле, наводящее в обмотке ротора ЭДС = а в об мотке (рис. 17.2, а).
сдвиг этих ЭДС относительно друг друга зависит от взаимного пространственного по ложения осей обмоток статора и ротора, определяе мого углом а. При а = 0 оси обмоток совпадают, вращающееся поле одновременно сцепляется с обеими обмотками и ЭДС и совпадают по фазе (при этом и находятся в противофазе).
При а = 180 эл. град ЭДС и окажутся в про тивофазе и совпадают по фазе). Если пре небречь внутренними падениями напряжения, то напряжение на выходе ИР определяется геометриче ской суммой:
(17.1) При повороте ротора концы векторов и описывают окружность (рис. 17.2, при этом изменяется Поворот ротора осуществляется либо вручную штурвалом, либо дистанционно включением исполнительного двигателя.
ИР применяются во всех случаях, где необходима плавная ре гулировка напряжения, например в лабораторных исследованиях.
Фазорегулятор (ФР). Предназначен для изменения фазы вто ричного напряжения относительно первичного при неизменном вторичном напряжении.
Сеть В отличие от ИР об мотки ротора и статора ФР электрически не соединены друг с дру гом, т. е. имеют транс форматорную рис. 17.1, поэтому ФР иногда называют поворотным транс форматором.
Изменение фазы вторичного напряже ния поворотом ротора от носительно статора.
Первичной обмоткой з ФР обычно является обмотка статора. Фа- Рис. Схемы соединения индукционного зорегуляторы приме- регулятора напряжения и фазорегулятора няются в устройствах автоматики (для фазового управления) и измерительной технике (для проверки ваттметров и счетчиков).
з 17.2. Асинхронный преобразователь частоты Как известно, частота тока в роторе асинхронной машины за висит скольжения Это асинхронных машин используется в асинхронных частоты (АПЧ).
Векторные диаграммы индукционного регулятора напряжения Обмотку статора АПЧ подключают к трехфазной сети с часто а ротор приводят во вращение приводным двигателем (ПД) в направлении против вращения поля статора (рис. 17.3). В этом случае в обмотке ротора наводится ЭДС так как скольжение s > 1. Указанная ЭДС через контактные кольца и щет ки создает на выходе напряжение. Если требуется получить на выходе АПЧ на пряжение частотой < f\, то cf, ротор вращают в направлении вращения поля статора с час тотой вращения < (при s < 1).
Схема включения асин- Мощность на выходе хронного преобразователя частоты АПЧ складывается из элек тромагнитной передаваемой в обмотку ротора вращающимся полем и механической мощности приводного двигателя т. е. - + + Соотношение между мощностями и зависит от скольжения. Так, при работе АПЧ со скольжением = 2 эти мощ ности равны и ротор половину мощности получает от статора, а половину Ч от приводного двигателя. При необходимости плав ной регулировки частоты на выходе АПЧ в качестве приводного двигателя применяют электродвигатель с плавной регулировкой частоты вращения, например двигатель постоянного тока (см. гл. 29).
Однако чаще всего АПЧ используют для получения определенной частоты и в качестве приводного применяют асинхронный или синхронный (см. гл. 22) двигатель.
з 17.3. Электрические машины синхронной связи В современной технике часто возникает необходимость в син хронизации вращения или поворота осей механизмов. Эта задача успешно решается с помощью системы синхронной связи.
Синхронной связью называют электрическую связь, которая обеспечивает одновременное вращение или одновременный пово рот двух (или более) находящихся на расстоянии друг от друга и механически не связанных валов. Распространены два вида систем синхронной связи: система лэлектрического вала (синхронного вращения) и система передачи угла (синхронного поворота).
Системы электрического вала применяют для синхронного (одновременного) вращения нескольких механизмов, имеющих значительные нагрузочные моменты на валу. Для привода таких механизмов применяют обычные асинхронные двигатели с фаз ным ротором. этом обмотки роторов электрически соединяют друг с другом, а обмотки статоров включают в общую сеть трех фазного тока.
Системы передачи угла (синхронного поворота) применяют для дистанционного управления или контроля положения в про странстве каких-либо устройств. Обычно такая система выполня ется на небольших асинхронных машинах (однофазных или трех фазных), называемых сельсинами.
Наибольшее применение получили однофазные сельсины. Та кой сельсин имеет однофазную обмотку возбуждения и трехфаз ную обмотку синхронизации, соединенную звездой. Одна из обмо ток располагается на роторе, а другая Ч на статоре.
Рис. Схема синхронной передачи Простейшая синхронная передача, индикаторной, содержит два сельсина: сельсин-датчик (СД) и сельсин-приемник (СП) (рис. 17.4). При включении обмоток возбуждения в сеть на напряжение каждом из сельсинов создается магнитный поток возбуждения Ф. обмотке синхронизации СД этот поток наводит ЭДС а в обмотке синхронизации СП Ч ЭДС Эти ЭДС на правлены встречно. Если роторы СД и СП занимают одинако положения относительно своих статоров, то = систе ма находится в равновесии. Если же ротор СД повернуть на некоторый угол то ЭДС в обмотке синхронизации СД изменит ся, равенство ЭДС нарушится цепи синхронизации появится результирующая ЭДС (17.2) которая создаст ток синхронизации (17.3) где и Ч сопротивления обмоток синхронизации СД и СП и сопротивление линейных проводов, Ом.
Ток синхронизации датчика взаимодействует с потоком воз буждения и создает на роторе СД электромагнитный момент, на правленный встречно повороту ротора датчика, т. е. момент, про тиводействующий механизму, поворачивающему ротор СД на заданный угол Ток синхронизации СП также взаимодействует с магнитным потоком возбуждения и создает электромагнитный момент, на правленный в сторону поворота ротора СД. Под действием этого момента, называемого синхронизирующим, ротор приемника со вершает поворот на угол После этого ротор СП займет такое же положение относительно статора, что и ротор СД, и в системе восстановится равновесие, так как ЭДС ЕД и станут одинаковыми. Если ротор СД вновь повернуть на некоторый угол, то этот же угол поворота будет воспроизведен приемником. При вращении ротора датчика ротор приемника также будет вращаться с такой же частотой. Однако угол поворота, установленный СД, воспроизводится ротором СП с некоторой ошибкой Ч рассогласо ванием. Для поворота ротора приемника необходимо, чтобы син хронизирующий момент, действующий на этот ротор, преодолел противодействующий момент, обусловленный силами трения в подшипниках и на контактных кольцах, а иногда еще и полезной нагрузкой на валу приемника. Ошибка в воспроизведении угла поворота оценивается углом рассогласования Ротор СП синхронно следует за ротором СД, но угол рассо гласования между роторами сельсинов всегда имеется и тем больше, чем больше противодействующий момент на валу СП.
Угол рассогласования обычно не превышает 2,5, а у сельсинов высокой точности он не более 0,75.
Значение синхронизирующего момента на роторе приемника где Ч максимальное значение синхронизирующего момен та, соответствующее углу рассогласования 90.
По конструкции сельсины разделяют на контактные, у кото рых обмотка на роторе соединена с внешней цепью через контакт ные кольца и щетки, и бесконтактные, не имеющие на роторе об моток.
сельсины в принципе не отличаются от асин хронных двигателей с фазным ротором. На рис. 17.5 показано уст ройство контактного сельсина. Статор и ротор 2 этого сельсина неявнополюсные, и поэтому обмотки сельсина распределен ные. Наличие на роторе двух контактных колец 3 указывает на расположение на роторе обмотки возбуждения.
В некоторых конструкциях статор или ротор делают с явно выраженными полюсами, что способствует повышению синхрони зирующего момента. Наличие контактных колец Ч основной не достаток контактных сельсинов, так как это ведет к неустойчиво сти параметров сельсина и снижению его надежности.
сельсины получили широкое примене ние в системах синхронного поворота благодаря своей высокой надежности. Эти сельсины не имеют скользящих контактов, так как их обе обмотки расположены на статоре (рис. 17.6). Ротор бесконтактного сельсина представляет собой цилиндр из ферро магнитного материала, разделенный немагнитной прослойкой на две магнитно изолированные части, образующие полюсы. Алюми ний, который заливают в ротор, является магнитной изоляцией и одновременно материалом, скрепляющим части ротора. С торцо вых сторон сельсина расположены тороидальные сердечники 1, выполненные из тонколистовой электротехнической стали. Внут Рис. Устройство контактного сельсина ренняя поверхность этих сердечников расположена над ротором, а к их внешней поверхности примыкают стержни внешнего магни топровода 4. Однофазную обмотку возбуждения сельсина выпол няют в виде двух дисковых катушек 2, расположенных с противо положных сторон статора по оси сельсина между обмоткой синхронизации 3 и то роидальными сердеч никами.
В процессе работы сельсина пульсирую щий магнитный поток возбуждения замыкает ся в магнитной системе сельсина, сцепляясь с трехфазной обмоткой синхронизации на ста торе. Путь замыкания потока показан на ри- 17.6. Конструктивная схема бескон тактного сельсина пунктирной ли нией. Как видно из это го рисунка, магнитный поток, замыкаясь в про ходит через воздушный зазор четыре раза. По этой причине для создания требуемого магнитного потока в бесконтактном сельсине необходима значительная МДС. Это является причиной повышен ных габаритов бесконтактного сельсина по сравнению с контактным.
з 17.4. Асинхронные исполнительные двигатели В системах управления, регулирования и контроля широко применяются управляемые электродвигатели небольшой 8 В- сти. С помощью этих двигателей осуществляется преобразование электрического сигнала в механическое перемещение Ч вращение вала. Такие электродвигатели называют исполнительными (ИД).
Характер требований, предъявляемых к исполнительным дви гателям, определяется спецификой их работы: частые пуски, ре версы, постоянно изменяющаяся частота вра щения. Основные требования Ч отсутствие самохода, т. е. самоторможение при снятии сигнала управления;
широкий диапазон регу лирования частоты вращения;
линейность ха рактеристик;
большой пусковой момент;
малая мощность управления;
быстродействие (мало инерционность).
На статоре асинхронного исполнительного двигателя расположена двухфазная обмотка 17.7. Схема (см. з 16.2). Одна из фазных обмоток Ч об включения асин мотка возбуждения (ОВ) Ч постоянно вклю хронного исполни чена в сеть с напряжением а на другую Ч тельного двигателя обмотку управления (ОУ) Ч напряжение (сиг нал управления) подается лишь при необходимости включения двигателя (рис. 17.7).
Для работы двухфазного ИД необходимо вращающееся маг нитное поле, непременным условием возникновения которого яв ляется наличие пространственного и временного сдвигов между МДС фазных обмоток Пространственный сдвиг указан ных МДС обеспечивается конструкцией обмотки статора, при ко торой оси фазных обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга обычно на угол эл. Временной (фазный) сдвиг МДС создается либо питанием обмотки статора двухфазной сис темой напряжений з 16.2), либо включением в цепь ОУ фа зовращателя Ч устройства, позволяющего получать различные фазовые сдвиги напряжения на его относительно напряже ния на входе, т. е. относительно напряжения на обмотке возбуж дения, либо включением последовательно в цепь ОВ емкости С (рис. 17.7).
Последний способ включения ИД применяют наиболее часто, Обычно значение емкости С из условия получения кру гового поля при пуске двигателя. По пускового перио да двигатель работает с эллиптическим вращающимся полем.
В процессе управления двигателем изменяют сигнал на ОУ, при этом меняется как значение (амплитуда) МДС этой обмотки, так и ее фазовый сдвиг относительно МДС обмотки возбуждения.
Поэтому рассматриваемый способ управления ИД называют плитудно-фазовым.
Одно из основных требований ИД Ч отсутствие Известно, что обычные асинхронные двигатели имеют небольшое активное сопротивление обмотки ротора и работают с малым кри тическим скольжением (см. з 13.3). Такие двигатели непригодны в качестве исполнительных, так как они обладают самоходом, т. е.
при снятии сигнала управления двигатель будет продолжать рабо тать как однофазный. Это иллюстрирует рис. 17.8, на котором точка А определяет режим работы двигателя с нагрузочным мо ментом при наличии сигнала управления. При снятии сигнала управления поле статора становится пульсирующим (обмотка воз Рис. Устранение самохода асинхронном исполни тельном двигателе буждения постоянно включена в сеть) и режим работы двигателя определяется точкой В на характеристике однофазного двигателя.
При этом электромагнитный момент двигателя останется положи тельным. Если же увеличить активное сопротивление ротора, то форма кривых прямого обратного и результирующего М= + моментов изменится (рис. 17.8, б): максимумы мо ментов и сместятся в область больших скольжений > 1).
Теперь после прекращения сигнала управления, т. е. при переходе двигателя в однофазный режим, электромагнитный момент стано вится отрицательным (точка В) и оказывает на ротор тормо зящее действие, не допуская самохода.
К исполнительным двигателям предъявляется также требова ние малоинерционности (быстродействия), т. е. при подаче сигна ла управления ротор двигателя должен очень быстро достигать установившейся частоты вращения. Выполнению этого требова ния способствуют увеличение пускового момента, уменьшение синхронной частоты вращения поля статора и снижение момента инерции ротора. При повышенных частотах питающего напряже ния (больших синхронных частотах вращения) ИД с ротором обычной (короткозамкнутой) из-за значительного момента инерции последнего не обладают требуемым быстродей ствием. В этом случае применяют асинхронные исполнительные двигатели с полым немагнитным ротором (рис. 17.9). Полый не магнитный ротор представляет собой тонкостенный алюминиевый стакан 2, что, с одной стороны, обеспечивает ротору повышенное активное сопротивление, а с другой Ч весьма небольшой момент инерции.
Двигатель имеет два статора: внешний 1 с обмоткой и внут ренний 3 без обмотки, входящий внутрь полого стакана ротора.
Внутренний статор необходим для уменьшения магнитного сопро тивления основному магнитному потоку.
По сравнению с исполни тельными двигателями обычной конструкции двигатели с полым немагнитным ротором имеют повышенные габариты и невысо кий КПД. Это объясняется по вышенным зазором между на ружным и внутренним статорами, который складывает ся из толщины стенки стакана ротора и двух воздушных зазо 17.9. Асинхронный двига- ров. Как известно, увеличение тель с полым немагнитным рото- воздушного зазора способствует росту намагничивающего тока Ч внешний статор;
2 Ч стакан двигателя и снижению его КПД.
ротора;
3 Ч внутренний статор;
обмотка статора;
5 Ч вал;
6 Ч втул ка крепления стакана ротора з 17.S. Линейные асинхронные двигатели Подвижная часть линейного двигателя совершает поступа тельное движение, поэтому применение этих двигателей для при вода рабочих машин с поступательным движением рабочего орга на позволяет упростить кинематику механизмов, уменьшить потери в передачах и повысить надежность механизма в целом.
Возможны линейные двигатели четырех видов: электромаг нитные (соленоидные), магнитоэлектрические (с применением постоянного магнита), электродинамические и асинхронные.
Асинхронные (индукционные) линейные двигатели благодаря простоте конструкции и высокой надежности получили наиболь шее применение.
объяснения принципа работы линейного асинхронного двигателя обратимся к асинхронному двигателю с вращательным движением ротора. Если статор этого двигателя (рис. 17.10, а) мысленно разрезать и развернуть так, чтобы он образовал ду гу с углом а (рис. 17.10, б), то диаметр ротора увеличится. При этом мы получим асинхронный двигатель с статором.
Частота вращения (об/мин) магнитного поля статора этого двига теля (синхронная частота) (17.6) где и,0 Ч синхронная частота вращения обычного (до разреза ния) асинхронного двигателя, об/мин;
а Ч угол дуги статора, рад.
Из (17.6) следует, что, изменяя угол а, можно получить дуго вой асинхронный двигатель на любую синхронную частоту мень ше частоты вращения Дуговые двигатели применяют для без редукторного привода устройств, требующих не больших частот враще ния, исключив примене ние сложного и трудоем кого редуктора.
Если же разрезан ный статор развернуть в плоскость, то получим асинхронный линейный двигатель (рис. 17.10, в).
Принципиальное конст руктивное отличие линей ного асинхронного дви Рис. К понятиям о дуговом и ли гателя от асинхронного нейном двигателях двигателя с вращатель ным движением ротора состоит в том, что первичный элемент линейного двигателя (ин дуктор) создает не вращающееся, а бегущее магнитное поле и подвижная часть двигателя с короткозамкнутой обмоткой (или без нее), называемая вторичным элементом, перемещается вдоль сво ей оси. Скорость бегущего поля в линейном двигателе (17.7) Ч частота тока в обмотке статора, Гц;
т Ч полюсное деле ние, м;
статора (индуктора), м.
Принцип действия линейного асинхронного двигателя осно ван на том, что бегущее поле индуктора, сцепляясь с короткозамк нутой обмоткой вторичного элемента двигателя, наводит в ней ЭДС. Возникающие в стержнях этой обмотки токи взаимодейст вуют с бегущим полем индуктора и создают на индукторе и вто ричном элементе электромагнитные силы, стремящиеся линейно переместить подвижную часть двигателя относительно неподвиж ной. В некоторых конструкциях линейных двигателей подвижной частью является индуктор, а в некоторых Ч вторичный элемент, называемый в этом случае бегунком. Если вторичный элемент ли нейного двигателя невозможно изготовить с короткозамкнутой обмоткой, то применяют вторичные элементы в виде полосы из меди, алюминия или ферромагнитной стали. Наиболее удовлетво рительными получаются характеристики линейного двигателя при составном вторичном элементе, например выполненном в ви де полосы из ферромагнитной стали, покрытой слоем меди.
Основной недостаток асинхронных двигателей с разомкнутым статором Ч дуговых н линейных Ч явление краевого эффекта, представляющего собой комплекс электромагнитных процессов, обусловленных разомкнутой конструкцией статора. К нежела тельным последствиям краевого эффекта в первую очередь следу ет отнести появление паразитных тормозных усилий, направ ленных против движения подвижной части двигателя, и возникновение поперечных сил, стремящихся сместить подвиж ную часть двигателя в поперечном направ лении. Кроме того, краевой эффект вызывает ряд других нежелательных явлений, ухуд шающих рабочие характеристики линейных двигателей.
Линейные асинхронные двигатели при меняют для привода заслонок, ленточных конвейеров, подъемно-транспортных меха низмов. На рис. показано устройство линейного асинхронного двигателя привода тележки подъемного крана. На тележке расположен индуктор линейного двигателя, состоящий из шихтованного сердечника б, в пазах которого расположена обмотка 5. На правляющая для колес 2 представляет собой Рис. Линей- стальную балку 1, к нижней части которой ный асинхронный прикреплена стальная полоса 4. Бегущее привода магнитное поле индуктора наводит в сталь тележки подъемного ной полосе 4 вихревые токи. Электромаг крана нитные силы, возникающие в результате взаимодействия этих с магнитным полем индуктора, пере мещают индуктор (тележку) вдоль стальной полосы 4.
Линейные асинхронные двигатели значительной мощности применяют на транспорте в качестве тяговых двигателей. Один из вариантов такого двигателя показан на рис. 17.12. Здесь индуктор 2 двигателя подвешен к транспортному средству а стальная полоса 3 установлена вертикально на основании пути между рельсами. В этой конструкции поперечная сила вызванная краевым эффектом, используется полезно, так как она уменьшает силу давления на несу щие оси и колеса и, как следствие, уменьшает трение качения.
Рис Линейный асинхронный двигатель привода железнодорожно го транспортного средства Контрольные вопросы 1. В чем различие между схемами соединения индукционного регулятора на пряжения и фазорегулятора?
2. Сколько раз напряжение на выходе ИР достигнет наибольшего значения за один оборот ротора, если обмотка имеет 2р = 6?
3. В каком направлении следует вращать ротор АПЧ, чтобы на выходе полу чить ЭДС большей частоты тока в сети?
4. Какую долю мощности на выходе АПЧ составит мощность приводного дви гателя, если частота тока на входе АПЧ равна 50 а на выходе Ч 100 Гц?
Объясните работу сельсинов в индикаторной системе передачи. Чем вызвана ошибка в воспроизведении угла поворота?
6. Чем обеспечивается отсутствие самохода в асинхронном исполнительном двигателе?
7. Объясните принцип работы асинхронного линейного двигателя.
8. Что такое краевой эффект и каковы его нежелательные действия в линейном асинхронном двигателе?
Конструктивные формы исполнения электрических машин з18.1. Нагревание и охлаждение электрических машин Все виды потерь, происходящие в электрической машине, преобразуются в теплоту, которая частично идет на нагревание машины, а частично отдается в окружающую среду. Условно принято что нагрев происходит равномерно по всему объему ма шины, а рассеивание теплоты происходит также рав номерно со всей ее поверхности. В этих условиях уравнение теплового баланса имеет вид (18.1) где q Ч количество теплоты, выделяемое в машине в единицу времени (Дж/с):
Ч суммарные потери мощности в двигателе, Вт;
Ч количество теплоты, на нагре вание машины;
масса нагреваемой машины;
с Ч удельная теплоемкость материала машины, т.е.
количество теплоты, необходимое для нагревания 1 этого материала на 1С;
гЧ превышение темпе ратуры нагрева машины над температурой окру жающей среды;
количество теплоты, рассеи ваемое с поверхности двигателя в окружающее пространство в единицу времени;
Ч коэффициент теплового рассеяния, т.е. количество теплоты, рассеиваемое с единицы поверхности машины в 1 с при превышении температуры на 1С.
В начальный период работы машина имеет тем пературу нагрева, не от температуры окружающей среды т.е. В этом рас сеяния теплоты в окружающую среду не происхо дит, т.е. = 0 и вся выделяемая в двигателе теп лота идет на его нагревание. Затем, когда температура нагрева двигателя начинает превышать температуру окружающей т.е. т > 0, часть теплоты, выделяемой в двигателе, рассеи ваться в окружающую среду. И, наконец, когда тем пература нагрева машины достигает установившего ся значения const, вся выделяемая в машине теплота рассеивается в окружающую среду, т.е. на ступает режим теплового равновесия:
Выражение позволяет сделать вывод:
а) установившаяся температура перегрева не зависит от мас сы машины т, а определяется количеством теплоты q, выделяемой в ней в единицу времени, т.е. мощностью потерь электрической машины АР;
установившаяся температура перегрева обратно пропор циональна площади охлаждаемой поверхности S и коэффициенту теплового рассеяния Я, т.е. зависит от интенсивности охлаждения машины;
в машинах со специальными способами охлаждения (ис кусственно вентилируемых) меньше чем у машин с естествен ной вентиляцией (при их одинаковой конструкции и условиях ра боты).
Если машина включается в сеть, когда ее температура равна температуре окружающей среды в\, то зависимость температуры перегрева этой машины т от времени t выражается равенством:
(18.5) где е Ч основание натуральных логарифмов;
Ч посто янная времени нагревания, показывающая время (с), необходимое для нагревания машины до установившейся температуры, если бы не было теплового рассеяния с ее поверхности.
График нагревания г построенный по (18.5), представ ляет собой экспоненциальную кривую, которая показывает, что машина нагревается до установившейся температуры - перегрева лишь спустя продолжительное время (рис. 18.1, а). Процесс нагревания сначала идет интенсивно, а затем, по мере ния к установившейся температуре перегрева, замедляется. Теоре тически машина достигает установившейся температуры перегре ва за время t = Проведя касательную к графику нагревания в его начальной части, получим отрезок, который в масштабе вре мени определяет постоянную времени нагревания Таким обра нагревания (а) и охлаждения (б) электрической машины зом, физически величину ТД можно рассматривать как время, в те чение которого превышение температуры достигло бы устано вившегося значения если бы график нагревания представлял собой прямую линию. Принято считать, что в реальных условиях температура перегрева достигает установившегося значения за время нагревания t = (4 - 5) Если машину отключить от сети, прекратив этим ее дальней шее нагревание, то тепловое рассеяние с ее поверхности будет происходить за счет накопленной в ней теплоты. При этом темпе ратура перегрева машины будет понижаться до т = 0, т.е. пока температура не станет равной температуре окружающей среды.
Этот процесс остывания протекает по графику охлаждения (рис. 18.1, построенному по уравнению:
(18.6) где Ч постоянная времени охлаждения, с.
Принято считать, что температура Перегрева машины достигает практически нулевого значения за время охлаждения t = = Таким образом, постоянные времени нагревания и охлаждения характеризуют скорость процессов. Например, машина на гревается тем быстрее, чем меньше постоянная времени нагревания.
Итак, в процессе работы электрическая машина при этом для разных ее частей установлены предельно допусти мые температуры перегрева.
Наиболее чувствительна к перегреву электрическая изоляция. обмоток. Под действием температур, превышающих допустимые значения, ускоряется процесс теплового старения изоляции, ухуд шающий ее изоляционные и механические свойства. Электроизо ляционные материалы, применяемые в электротехнических изде лиях, разделяются на пять классов нагревостойкости, обозначаемых А, Е, В, F и Н. В электрических машинах применя ют изоляцию трех наиболее нагревостойких классов: F и Н. В процессе работы машины изоляция обмоток нагревается неравно мерно, при этом измерение температуры нагрева в наиболее горя чих точках технически невозможно. Поэтому, согласно дейст вующему стандарту, предельные температуры нагревания изоляции обмоток принимают ниже значе ний соответствующего класса нагревостойкости:
Чрезмерный перегрев неблагоприятно влияет и на другие час ти машины, например, подшипники, контактные кольца и др.
Температура нагрева какой-либо части машины при извест ной температуре ее перегрева г и температуре окружающей среды = Для машин, работающих в условиях повышенных температур окружающей среды, например, в условиях металлургического производства, температуру принимают более 40 С.
Режимы работы электрических машин. В соответствии с действующим стандартом, существуют три основных номиналь ных режима работы электрических машин, различающиеся ха рактером изменения нагрузки.
1. номинальный режим Ч когда при неиз менной номинальной нагрузке РД работа машины продолжается так долго, что температура перегрева всех ее частей успевает дос тигнуть установившихся значений Условное обозначение ре жима SJ. Различают продолжительный режим с неизменной на грузкой (рис. 18.2, а) и продолжительный режим с изменяющейся нагрузкой (рис. 18.2, Например, двигатели насо сов, транспортеров, вентиляторов работают в продолжительном режиме с неизменной нагрузкой, а двигатели прокатных станов, металлорежущих станков и т. п. работают в продолжительном ре жиме с изменяющейся нагрузкой.
2. Кратковременный номинальный режим S2 Ч когда перио ды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя (рис. 18.2, в). При этом, периоды нагрузки Рис. Номинальные режимы работы электрических машин:
Ч с неизменной нагрузкой, б Ч с изменяющейся нагрузкой, в Ч крат ковременный номинальный режим, повторно-кратковременный номи нальный режим двигателя настолько что температуры перегре ва всех частей двигателя не достигает установившихся значений, а периоды отключения двигателя настолько продолжительны, что все части двигателя успевают охладиться до температуры окру жающей среды. Стандартом установлена длительность периодов нагрузки 10;
30;
60 и 90 мин. В условном обозначении кратковре менного режима указывается продолжительность периода нагруз ки, например S2 Ч 30 мин. В кратковременном режиме работают приводные двигатели шлюзов, разного рода заслонок и других запорных устройств, регулирующих подачу рабочего вещества (нефть, газ и др.) через трубопроводы к объекту потребления.
3) Повторно-кратковременный номинальный S3 Ч когда кратковременные периоды номинальной нагрузки двигателя чередуются с периодами отключения двигателя (паузами), при чем за период нагрузки превышение температуры всех частей не успевает достигнуть установившихся значений, а за время паузы части двигателя не успевают охладиться до температуры окру жающей среды. Общее время работы двигателя в повторно кратковременном режиме разделяется на периодически повто ряющиеся циклы продолжительностью = + При повторно-кратковременном режиме график нагревания двигателя имеет вид пилообразной кривой (рис. 18.2, г). При дос тижении двигателем установившегося значения температуры пе регрева, соответствующего повторно-кратковременному режиму температура перегрева двигателя продолжает колебаться от При этом, меньше установившейся температуры перегрева, которая наступила бы, если бы режим работы двигателя был продолжительным < Примерами повторно кратковременного режима являются работа электроприводов лиф тов, подъемных кранов, экскаваторов и других устройств, для ра боты которых характерна цикличность (чередование периодов на грузки с паузами).
Повторно-кратковременный режим характеризуется относи тельной продолжительностью включения, %, (5.8) Действующим стандартом предусмотрены номинальные по вторно-кратковременные режимы с ПВ 25, 40 и 60% (для про должительного режима ПВ = 100%). В условном обозначении по вторно-кратковременного режима указывают величину ПВ, например, S3 Ч 40%.
Рассмотренные три номинальных режима считают основными.
В каталогах на двигатели, предназначенных для работы в каком либо из этих режимов, указаны номинальные данные, соответст вующие режиму работы.
Помимо рассмотренных трех основных режимов, стандартом предусмотрены еще пять дополнительных режимов.
з 18.2. Способы охлаждения электрических машин По способу охлаждения электрические машины разделяют на два вида: машины с естественным охлаждением и машины с ис кусственным охлаждением.
Естественное охлаждение электрических машин. Эти ма шины не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины. Охлаждение происходит естественным путем за счет теплопроводности и конвекции.
Теплопроводность Ч это передача теплоты внутри твердого тела. Например, пазовые части обмотки статора, нагреваясь, пере дают теплоту через слои пазовой изоляции в сердечник. Через места крепления сердечника теплота передается в корпус статора.
Передача теплоты теплопроводностью происходит от более нагре тых слоев твердого тела к менее нагретым.
Конвекция состоит в том, что частицы газа (воздуха), соприка сающиеся с поверхностью нагретого тела (лобовые части обмоток, сердечники, корпус), нагреваются, становятся легче и поднимают ся кверху, уступая свое место менее нагретым и т.д. Та кая конвекция называется естественной. Во вращающейся машине имеет место еще и искусственная конвекция, обусловленная вра щением ротора, который создает принудительную циркуляцию газа (воздуха), что усиливает эффект конвекции внутри машины.
Искусственное охлаждение электрических машин. В этих машинах применяют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий движение в машине газа, охлаждающего нагретые час ти машины. Значительную группу машин с искусственным охлаж дением составляют машины с самовентиляцией, у которых венти лятор закреплен на валу машины;
в процессе работы он, вращаясь, создает аэродинамический напор. Самовентиляция может быть наружной и внутренней.
При наружной самовентиляции воздухом обдувается внешняя поверхность корпуса статора. Машина этом случае имеет закры тое исполнение с ребристой поверхностью (для увеличения по верхности охлаждения).
При внутренней самовентиляции в корпусе и подшипниковых щитах машины делают специальные отверстия, через которые воздух из окружающей машину среды проникает внутрь машины, охлаждает ее, а затем выбрасывается наружу.
Принцип внутренней самовентиляции, получивший в электри ческих машинах преимущественное применение, иллюстрирует 18.3. На валу машины закреплен центробежный вентилятор.
Вращаясь вместе с валом машины, он затягивает через отверстие в правом подшипниковом щите воздух, создавая внутри машины аэродинамический напор, под действием которого воздух прого няется через внутреннюю полость машины. Воздух проходит че рез вентиляционные каналы, зазор и межполюсное пространство (при явнополюсной конструкции машины). При этом он ломыва ет нагретые части машины и отбирает теплоту от нагретых час Рис. 18.3. Принцип внутренней самовентиляции электрической машины тей и нагретым выходит через специальные отверстия (жалюзи) в левом подшипниковом щите, со стороны, противоположной вен Для более эффективного охлаждения в магнитопроводе неко торых электрических машин делают вентиляционные каналы, че рез которые проходит охлаждающий газ. Вентиляционные каналы называют аксиальными, если они расположены параллельно оси ротора, и радиальными, если они расположены перпендикулярно этой оси. (рис. 18.4). Вентиляцию, при которой охлаждающий газ перемещается вдоль оси машины, называют аксиальной (рис.
а), если же газ перемещается перпендикулярно оси машины по радиальным каналам, то вентиляцию называют радиальной (рис.
Радиальные вентиляционные каналы получаются делением общей длины сердечника на пакеты по мм. Между пакета ми оставляют промежутки по мм, которые и являются радиаль ными каналами. Иногда в машинах применяют радиально аксиальную вентиляцию. В двигателях с регулировкой частоты вращения вниз от номинальной при малой частоте вращения само вентиляция становится малоэффективной. Это ведет к чрезмерно му перегреву машины. Поэтому в таких двигателях целесообразно применение независимой вентиляции (см. рис. 18.5), когда венти Аксиальная (а) и радиальная (б) системы вентиляции:
/ Ч статор;
2 Ч ротор лятор имеет собственный привод (частота вращения последнего не зависит от режима работы машины).
Независимую вентиляцию приме няют также для охлаждения элек трических машин, работающих во взрывоопасной или химически ак тивной среде. В этом случае венти лятор 4 а) через трубо провод 3 нагнетает воздух в машину 1 и по трубе 2 выбрасывает его на ружу. Такая система независимой вентиляции называется разомкну той в отличие от замкнутой систе мы (рис. 18.5, б), когда один и тот же объем газа циркулирует в замк нутой системе, состоящей из двига теля (объект охлаждения) 1, незави симого вентилятора 2, трубопровода 3 и 5 и охладителя 4, в котором ох лаждается нагретый в машине газ.
Все способы охлаждения элек трических машин принято обо Разомкнутая (а) и значать буквами являющимися замкнутая независимые начальными буквами английских системы вентиляции слов International Cooling, осталь ные буквы и цифры обозначают способ охлаждения машины. Сна чала указывается буква, обозначающая вид хладагента: А Ч воз дух, Н Ч водород, V Ч вода и т. д. Если хладагентом является только воздух, то буква опускается.
Затем идет несколько цифр: первая цифра условно обозначает устройство цепи охлаждения для циркуляции хладагента, напри мер, воздуха, вторая Ч способ перемещения хладагента. Если ма шина имеет несколько цепей охлаждения (например, внутренняя вентиляция и наружный обдув), то в обозначении может быть че тыре цифры: две Ч для обозначения наружной цепи охлаждения и две Ч для внутренней.
Ниже приведены примеры обозначения наиболее распростра ненных способов охлаждения электрических машин:
Ч машина с внутренней самовентиляцией;
вентилятор расположен на валу машины.
IC03 Ч машина, охлаждаемая пристроенным вентилятором с собственным двигателем, расположенным на корпусе охлаждаемой машины.
Ч закрытая машина с подводящей и отводящей трубами;
машина ох лаждается вентилятором с приводным двигателем, установленным вне охлаждае мой машины.
IC0041 Ч закрытая машина с естественным охлаждением.
машина, обдуваемая наружным вентилятором, располо женным на валу машины.
з 18.3. Конструктивные формы исполнения электрических машин Свойства электрических машин определяются не только их электромеханическими параметрами и формой характеристик.
Прежде всего, электрическая машина должна быть безопасной в эксплуатации для обслуживающего персонала, удобной при мон таже, успешно противостоять воздействиям внешних факторов.
Перечисленные требования учитываются конструктивными фор мами исполнения электрических машин, которые определяются степенью защиты, способами охлаждения и монтажа, климатиче скими условиями и местом эксплуатации.
Степень защиты электрических машин обозначается двумя буквами IP Ч начальные буквы слов International Protektion и двумя цифрами.
Первая цифра обозначает степень защиты персонала от со прикосновения с токоведущими и вращающимися частями и от попадания внутрь машины твердых тел.
Вторая цифра обозначает степень защиты от попадания внутрь машины воды. Для машин напряжением до 1000 В уста новлено шесть степеней защиты, обозначаемых следующим обра зом: ' 0 Ч защита отсутствует;
1 Ч защита от случайного соприкосновения большого участка человеческо го тела с токоведущими и вращающимися частями;
отсутствует защита от пред намеренного соприкосновения;
имеется защита от попадания внутрь твердых тел диаметром не менее 52,5 мм;
2 Ч защита от соприкосновения пальцев человека с токоведущими и вра щающимися частями и защита от попадания внутрь машины твердых тел диамет ром не менее мм;
3 Ч защита от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями инструмента, проволоки и других предметов, толщина которых превышает 2,5 мм;
защита от попадания внутрь машины твердых тел диаметром не менее 2,5 мм;
4 Ч защита от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями предметов толщиной более 1 мм и защита от попадания внутрь машины твердых тел толщиной не менее 1 мм;
5 Ч полная защита от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями и полная защита от вредных пыли внутри машины.
Существует девять степеней защиты от проникания воды внутрь машины:
0 Ч защита отсутствует.
! Ч зашита от капель сконденсировавшейся воды, падающих вертикально;
2 Ч защита от капель воды, пол углом не более 15 к вертикали;
3 Ч защита от дождя, падающего пол углом не более 60" к вертикали;
4 Ч защита от брызг воды любого направления;
5 Ч зашита от водяных струй в любом направлении;
6 Ч защита or воздействий, характерных для палуби корабля, включая за хлестывание морской 7 Ч защита при в в течение времени и давлении, указан ных в стандарте, 8 Ч защита при в воду на неограниченное время при давлении, указанном в стандарте.
Возможные степени защиты на напряжение до В приведены в табл.
Конструктивные формы исполнения по степени защиты увя заны со способами охлаждения (табл. 18.2). За высоту оси враще ния принимается расстояние от оси вращения вала до опорной плоскости лап (рис. 18.6).
Рис. Высота оси вращения электрической машины Монтаж машин в местах их установки осуще ствляется обычно на лапах или посредством фланцев. При этом возможно горизонтальное или вертикальное расположение оси вала машины.
Разновидности конструктивного исполнения машин по спосо бу монтажа определены стандартом. При этом имеется в виду крепление двигателя на месте его установки и способ сочленения с рабочим механизмом. Условное обозначение этого исполнения состоит из букв IM (начальные буквы слов International Mounting) и четырех цифр.
Первая цифра Ч конструктивное исполнение:
1 Ч на лапах с подшипниковыми щитами;
2 Ч на лапах с подшипниковыми с фланцем на одном или двух щи тах;
3 Ч лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном или двух щи тах;
4 Ч без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине;
5 Ч без подшипниковых 6 Ч на лапах с подшипниковыми щитами с со стояковыми подшипниками;
7 Ч на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов);
8 Ч с вертикальным валом, кроме позиций 2, 3 и 4 данного перечня;
9 Ч специальное исполнение по способу монтажа.
Вторая и третья цифры Ч способы монтажа (пространствен ное положение машины и направление выступающего конца вала).
Четвертая цифра Ч исполнение конца вала (цилиндрический или конический, один или два выступающих конца вала).
Примеры наиболее распространенных видов исполнения ма шин по способу монтажа приведены в табл. 18.3.
На надежность эксплуатации электрических машин значи тельное влияние оказывают климатические условия внешней сре ды, к которым относятся: температура и диапазон ее колебаний, относительная влажность, атмосферное давление, солнечная ра диация, дождь, ветер, пыль, соляной туман, иней, действие плес невых грибов, содержание в окружающей среде коррозионно активных материалов. Климатическое исполнение двигателей обо значается буквами:
двигатели, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах в мак роклиматических районах:
с умеренным климатом У с холодным климатом ХЛ с влажным тропическим климатом ТВ с сухим тропическим климатом ТС как с сухим, так и с влажным тропическим климатом Т для всех микроклиматических районов на суше (общеклиматическое исполнение) О для макроклиматических районов на суше и на море В 18. Стандартом также устанавливается исполнение электрических машин в зависимости от места размещения их при эксплуатации;
обозначается цифрой:
1 Ч на открытом воздухе;
2 Ч на открытом воздухе или в помещениях, колебания температуры и влажности несущественно отличаются от этих параметров на открытом воздухе (отсутствуют солнечная радиация и атмосферные осадки);
3 Ч в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий;
4 Ч в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими усло виями;
5 Ч в помещениях с влажностью.
Пример обозначения типоразмера электрической машины:
Ч трехфазный асинхронный двигатель серии (ос новное исполнение), степень защиты IP44, охлаждение вы сота оси вращения мм, условная длина статора М, число полю сов 4 ( синхронная частота вращения об/мин), климатические условия (У) Ч умеренный климат, место размещения при эксплуа тации (3) Ч в закрытом помещении с естественной вентиляцией.
Для особых условий эксплуатации разработаны специальные серии двигателей.
двигатели предназначены для работы во взрывоопасных и пожароопасных средах. Эти двигатели имеют особо прочную оболочку, исключающую возможность воспламе нения окружающей двигатель пожароопасной и взрывоопасной среды возникновении возгорания или взрыва внутри двигате ля вследствие его эксплуатации. Такие двигатели применяются на предприятиях химической промышленности, газо- и нефтеразра ботках и т.п.
Погружные двигатели имеют непроницаемую оболочку и предназначенные для работы в условиях их погружения в жид кость. Такие двигатели предназначены для работы в скважинах, заполненных водой, в шахтных забоях и т.п.
з 18.4. Серии трехфазных асинхронных двигателей Серия трехфазных асинхронных двигателей 4А охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 400 кВт. В основу разделения дви гателей на типоразмеры положен конструктивный параметр Ч высота оси вращения п (см. Л 8.6).
Двигатели серии 4А изготовляются с высотой оси вращения 50,56,63,71,80,90, 100, 132, 160, 180,200,225,250,280, и 355 мм. Двигатели каждой высоты оси вращения выполняются двух типоразмеров с разной длиной пакетов сердечников, но оди наковым штампом их пластин. Двигатели изготовляются на син хронные частоты вращения и 500 об/мин.
Двигатели серии 4А изготовляются в двух исполнениях: за крытое обдуваемое (рис. а) и защищенное с внутренней са мовентиляцией (рис. б). Двигатели закрытого исполнения всего диапазона осей вращения изготовляются с короткозамкну тым ротором, а осей вращения 200, 225 и 250 мм еще и с фаз ным ротором Двигатели защищенного исполнения изготов ляются с короткозамкнутым ротором при высоте оси вращения h > 160 мм, а при высоте оси вращения h> 200 мм Ч еще и с фазным ротором В двигателях серии 4А с высотами оси вращения от 50 до мм применяется изоляция класса нагревостойкости В, а в дви гателях с высотами оси вращения от до 355 мм Ч изоляция класса нагревостойкости F.
Асинхронные двигатели серии 4А предназначены для самого широкого применения во всех отраслях хозяйства, а поэтому они, помимо основного исполнения, имеют несколько модификаций и специализированных исполнений.
Рис. 18.7. Асинхронные двигатели серии 4А:
а Ч закрытого обдуваемого исполнения, б Ч защищенного исполнения Двигатели основного исполнения предназначены для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям и т. д.
Предполагается, что окружающая среда в месте установки этих двигателей не взрывоопасна, не содержит токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металл и изоляцию. Двигатели предназначены для работы от сети часто той 50 Гц и напряжения согласно табл. 18.4. Различают следую щие модификации двигателей серии 4А:
а) двигатели с повышенным скольжением, с мягкой меха нической характеристикой (4АС);
короткозамкнутая обмотка этих двигателей имеет повышенное активное сопротивление;
б) двигатели с повышенным пусковым моментом, имеющие двойную клетку на роторе (4АР);
в) многоскоростные двигатели Ч на две, три и четыре частоты вращения в диапазоне от 500 до 3000 об/мин;
г) двигатели на частоту 60 Гц, имеющие частоту вращения на 20% выше, чем двигатели основного исполнения при той же мощ ности;
д) двигатели малошумные (с улучшенной балансировкой, с подшипниками более высокого класса и т.д.);
е) двигатели со встроенным электромагнитным тормозом (для электроприводов с частыми пусками);
ж) двигатели, встраиваемые в механизмы, приводимые ими во вращение (4АВ);
з) двигатели лифтовые двухскоростные со встроенной темпе ратурной защитой, малошумные для привода лифтов в жилых и промышленных зданиях и др.
Многообразие модификаций позволяет удовлетворить по требности различных отраслей промышленности в электродвига телях.
Серия трехфазных асинхронных двигателей АИ. Двигатели этой серии имеют общепромышленное назначение. Они изготав ливаются с высотами осей вращения от 45 до 355 мм мощностью от 0,025 до 315 кВт на напряжение 220/380 и 380/660 В, частотой 50 Гц. Возможно изготовление двигателей на частоту тока 60 Гц.
По степени защиты двигатели этой серии имеют исполнения: за крытое обдуваемое для всех высот оси вращения или защищенное с внутренней самовентиляцией для высот оси вращения от до 355 мм.
В отличие от серии 4А в двигателях серии АИ более широко использованы высокопрочные алюминиевые сплавы и пластмассы и применена более совершенная система вентиляции, обеспечи вающая снижение температуры нагрева двигателей при номиналь ной нагрузке на С относительно двигателей серии 4А. Для наиболее массового отрезка серии с высотами осей вращения от до мм применены подшипники с улучшенными виброакусти ческими характеристиками. Улучшение вентиляционного и под шипниковых узлов обеспечило двигателям серии АИ снижение уровня шума и повышение надежности.
Высоковольтные асинхронные двигатели. Для привода ря да промышленных установок требуются двигатели большой мощ ности: 500, 800, 1000 кВт и более. Обычно асинхронные двигатели такой мощности делают высоковольтными Ч на 6000 или 000 В.
Рассмотрим некоторые серии высоковольтных двигателей боль шой Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ро тором серии применяют для привода механизмов, не тре бующих регулирования частоты вращения, например мощных вентиляторов, насосов и т. п. Двигатели этой серии изготовляются мощностью от 500 до 2000 кВт при частоте вращения (синхрон ной) 1000, 750, 600, 500 и 375 об/мин. Двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть напряжением 6000 В, частотой 50 Гц. Двигатели серии АН2 изготовляются с горизонтальным расположением вала на двух щитовых подшипниках качения, имеют защищенное исполнение. Корпус статора и подшип никовые щиты сварные (рис. 18.8, а) из листовой стали. Обмотка статора петлевая двухслойная с укороченным шагом. Класс нагре востойкости изоляции Обмотка ротора двухклеточная (рис.
18.8, пусковая клетка (верхняя) выполнена из латунных стерж ней, рабочая клетка (нижняя) Ч из медных стержней. Замыкаю щие кольца ротора раздельные и для обеих клеток сделаны из ме ди. Способ охлаждения Ч аксиально-радиальная самовентиляция.
Асинхронные двигатели серии также являются высоко вольтными (6000 В), но, в отличие от двигателей серии они 6) Рис. Трехфазный асинхронный двигатель серии МТН надежную их работу в условиях повышенных температур окру жающей среды металлургического производства На рис. 18.9 показано устройство двигателя серии MTF. Кон тактные кольца двигателя выполнены медными и применены мягкие медно-графитовые щетки марки Ml, что обеспечивает небольшое переходное сопротивление. Исполнение по способу защиты Ч закрытое способ охлаждения Ч наружный обдув Контрольные вопросы 1. Какие способы охлаждения гея в машинах 2. Какие применяются формы исполнения электрических машин по способу защиты и как они маркируются?
3. Какие формы исполнения по способу монтажа применяются в электриче ских машинах?
4. Что такое серия электрических 5. Какой диапазон мощности охватывает серия 4Л и каковы формы их конст руктивного исполнения по и вентиляции?
6. существуют модификации серии и каково их назначение?
7. Почему асинхронные двигатели большой мощности делают высоковольт ными?
8. Каковы области применения асинхронных двигателей краново серий, и какими особыми свойствами эти дви гатели?
9. Почему в двигателях для привода механизмов металлургического водства применена изоляция класса Н?
Раздел СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ Синхронные машины Ч это Способы бесколлекторные машины пе возбуждения ременного тока. По своему и устройство устройству они отличаются от синхронных асинхронных машин лишь машин конструкцией ротора, который может быть явнополюсным или неявнополюсным. Что же касается свойств, то синхрон Магнитное поле ные машины отличаются син и характеристики хронной частотой вращения синхронных ротора = - const) при генераторов любой нагрузке, а также воз можностью регулирования ко эффициента мощности, уста навливая такое его значение, при котором работа синхрон Параллельная ной машины становится наи работа более экономичной. Синхрон синхронных ные машины обратимы и генераторов могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Синхронные гене раторы составляют основу Синхронный электротехнического оборудо двигатель вания электростанций, т. е.
и синхронный практически вся электроэнер компенсатор гия вырабатывается синхрон ными генераторами. Единич ная мощность современных синхронных генераторов дос тигает миллиона киловатт и Синхронные более. Синхронные двигатели машины применяются главным обра специального зом для привода устройств назначения большой мощности. Такие двигатели по своим технико экономическим показателям превосходят двигатели других типов. В крупных гетических установках синхрон ные машины иногда исполь зуются в качестве компенса торов Ч генераторов реак тивной щих повысить коэффициент мощности всей установки. В данном разделе рассмотрены главным образом трехфазные синхронные машины. Приве дены также сведения по неко типам синхронных дви гателей весьма малой мощ ности, применяемым в уст ройствах автоматики и при борной техники.
Глава Способы возбуждения и устройство синхронных машин з 19.1. Возбуждение синхронных машин При рассмотрении принципа действия син хронного генератора (см. з 6.1) было установлено, что на роторе синхронного генератора расположен источник МДС (индуктор), создающий в генераторе магнитное поле. С помощью приводного двигателя (ПД) ротор генератора приводится во вращение с синхронной частотой п\. При этом магнитное поле ротора также вращается и, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней Синхронные двигатели конструктивно почти не отличаются от синхронных генераторов. Они также состоят из статора с обмоткой и ротора. Поэтому независимо от режима работы любая синхронная машина нуждается в процессе возбуждения Ч наведения в ней магнитного поля.
Основным способом возбуждения синхронных машин является электромагнитное возбуждение, сущность которого состоит в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения. При про хождении по этой обмотке постоянного тока возни кает МДС возбуждения, которая наводит в магнит ной системе машины магнитное поле.
До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения (см.
з 28.2), называемые возбудителями В (рис. 19.1, а), обмотка возбуждения которого (ОВ) получала пита ние постоянного тока от другого генератора (паралт лельного возбуждения), называемого подвозбудите лем (ПВ). Ротор синхронной машины и якоря возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронной машины поступает через контактные кольца и щетки. Для регулирования тока возбуждения применяют регу лировочные реостаты, включаемые в цепи возбуж дения возбудителя и подвозбудителя В синхронных генераторах средней и большой мощности про цесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.
В синхронных генераторах большой мощности Ч турбогене раторах (см. з 19.2) Ч иногда в качестве возбудителя применяют генераторы переменного тока индукторного типа (см. з 23.6). На выходе такого генератора включают полупроводниковый выпря Контактная (а) и бесконтактная (б) системы электромагнитно го возбуждения синхронных генераторов митель. Регулировка тока возбуждения синхронного генератора в этом случае осуществляется изменением возбуждения индуктор ного генератора.
Получила применение в синхронных генераторах бескон тактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе.
В качестве возбудителя и в этом случае применяют генератор переменного тока (рис. 19.1, у которого обмотка 2, в которой наводится ЭДС (обмотка якоря), расположена на роторе, а обмот ка возбуждения 1 расположена на статоре. В результате обмотка якоря возбудителя и обмотка возбуждения синхронной машины оказываются вращающимися и их электрическое соединение осу ществляется непосредственно, без контактных колец и щеток. Но так как возбудитель является генератором переменного тока, а об мотку возбуждения необходимо питать постоянным током, то на выходе обмотки якоря возбудителя включают полупроводниковый преобразователь 3, закрепленный на валу синхронной машины и вращающийся вместе с обмоткой возбуждения синхронной маши ны и обмоткой якоря возбудителя. Питание постоянным током обмотки возбуждения / возбудителя осуществляется от подвозбу дителя Ч генератора постоянного тока.
Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения син хронной машины позволяет повысить ее эксплуатационную на дежность и увеличить КПД.
В синхронных генераторах, в том числе гидрогенераторах (см.
з 19.2), получил распространение принцип самовозбуждения (рис.
когда энергия переменного тока, необходимая для возбу ждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупро водниковый преобразователь (ПП) преобразуется в энергию по стоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счет остаточного магнетизма магнитопровода машины.
Рис. Принцип самовозбуждения синхронных генера торов На рис. 19.2, б представлена структурная схема автоматиче ской системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобра зователем (ТП), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток пода ется в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразо вателем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряже ния на выходе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты БЗ, обеспечивающий защиту обмотки возбуждения и ти ристорного преобразователя ТП от перенапряжений и токовой пе регрузки.
В современных синхронных двигателях для возбуждения применяют тиристорные возбудительные устройства, включае мые в сеть переменного тока и осуществляющие автоматическое управление током возбуждения во всевозможных режимах работы двигателя, в том числе и переходных. Такой способ возбуждения является наиболее надежным и экономичным, так как КПД ти ристорных возбудительных устройств выше, чем у генераторов постоянного тока. Промышленностью выпускаются тиристорные возбудительные устройства на различные напряжения возбужде ния с допустимым значением постоянного тока 320 А.
Наибольшее распространение в современных сериях синхрон ных двигателей получили возбудительные тиристорные устройст ва типов ТЕ8-320/48 (напряжение возбуждения 48 В) и (напряжение возбуждения 75 В).
Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно составляет от 0,2 до 5% полезной мощности машины (меньшее значение от носится к машинам большой мощности).
В синхронных машинах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, когда на роторе машины располагаются постоянные магниты. Такой способ воз буждения дает возможность избавить машину от обмотки возбуж дения. В результате конструкция машины упрощается, становится более экономичной и надежной. Однако из-за дефицитности мате риалов для изготовления постоянных магнитов с запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбу ждения постоянными магнитами ограничивается лишь машинами мощностью не более нескольких киловатт (см. з23.1).
з 19.2. Типы синхронных машин и их устройство Синхронная машина состоит из неподвижной части Ч ста тора Ч и вращающейся части Ч ротора. Статоры синхронных машин в принципе не отличаются от статоров асинхронных двига телей (см. гл. 7), т. е. состоят из корпуса, сердечника и обмотки (см. рис. 7.1).
Конструктивное исполнение статора синхронной машины мо жет быть различным в зависимости от назначения и габаритов машины. Так, в многополюсных машинах большой мощности при наружном диаметре сердечника статора более 900 мм пластины сердечника делают из отдельных сегментов, которые при сборке образуют цилиндр сердечника статора. Корпуса статоров крупно габаритных машин делают разъемными, что необходимо для удобства транспортировки и монтажа этих машин.
Роторы синхронных машин могут иметь две принципиально различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную.
В энергетических установках по производству электроэнергии переменного тока в качестве первичных (приводных) двигателей синхронных генераторов применяют в основном три вида двигате лей: паровые турбины, гидравлические турбины либо двигатели внутреннего сгорания (дизели). Применение любого из перечис ленных двигателей принципиально влияет на конструкцию син хронного генератора.
Если приводным двигателем является гидравлическая турби на, то синхронный генератор называют Гидравлическая турбина обычно развивает небольшую частоту вращения об/мин), поэтому для получения переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в гидрогенераторе применя ют ротор с большим числом полюсов. Роторы гидрогенераторов имеют явнополюсную конструкцию, т. е. с явно выраженными по люсами, при которой каждый полюс выполняют в виде отдельного узла, состоящего из сердечника 1, полюсного наконечника 2 и по люсной катушки 3 (рис. 19.3, а). Все полюсы ротора закреплены на ободе 4, являющемся также и ярмом магнитной системы маши ны, в котором замыкаются потоки полюсов. Гидрогенераторы обычно изготовляются с вертикальным расположением вала (рис. 19.4).
Паровая турбина работает при большой частоте вращения, поэтому приводимый ею во вращение генератор, называемый является быстроходной синхронной ма Рис. 19.3. Конструкция роторов синхронных машин:
а Ч ротор с явно выраженными полюсами;
б Ч ротор с неявно выраженными полюсами Рис. Гидрогенератор Братской ГЭС (225 МВт, кВ, 125 об/мин):
Ч корпус статора;
2 Ч сердечник статора;
3 Ч полюс ротора;
4 Ч обод ротора;
Ч грузонесущая крестовина шиной. Роторы этих генераторов выполняют либо двухпо люсными = 3000 об/мин), либо четырехполюсными - об/мин).
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | Книги, научные публикации