Электротехнический-портал.рф

Схема синхронной машины показана на рисунке. Синхронная машина отличается от асинхронной тем, что ток в обмотке ротора появляется не при вращении ее в магнитном поле статора, а подводится к ней от постороннего источника постоянного тока. Статор синхронной машины выполнен так же, как и асинхронной, и на нем обычно расположена трехфазная обмотка. Обмотка ротора образует магнитную систему с тем же числом полюсов 2р, что и у статора. Она создает магнитный поток возбуждения и называется обмоткой возбуж­дения. Вращающаяся обмотка ротора соединяется с внешней

цепью источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток. При вращении ротора с частотой n₂ его магнит­ное поле возбуждения наводит в статоре ЭДС Е₁₍ частота которой

f₁=pn₂/60

При подсоединении обмотки статора к нагрузке протекаю­щий по ней ток будет создавать магнитный поток, частота вращения которого

n₁=60f₁/p

Из сравнения этих выражений видно, что n₁ = n₂, т. е. магнитные поля статора и ротора вращаются с одинаковой частотой, поэтому такие машины называются синхронными.

Результирующий магнитный поток создается совместным действием обмоток возбуждения и статора и вращается с той же частотой, что и ротор.

Обмотка якоря в синхронной машине — обмотка, в которой индуцируется ЭДС и к которой присоединяется нагрузка.

Индуктор в синхронной машине — часть машины, на кото­рой расположена обмотка возбуждения.

В схеме на рисунке статор является якорем, а ротор -индуктором, но может быть и обращенная схема, в которой статор — индуктор и ротор — якорь.

Синхронная машина может работать генератором или двигателем.

В машине с неподвижным якорем применяются две разновидности ротора: явнополюсный ротор имеет явно выраженные полюсы, неявнополюсный ротор не имеет явно выраженных полюсов.

Постоянный ток в обмотку возбуждения синхронной машины может подаваться от специального генератора постоянного тока, установленного на валу машины и называемого возбудителем, или от сети через полупроводниковый выпря­митель.

Наибольшее распространение получил генераторный ре­жим работы синхронных машин, и почти вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами.

Синхронные двигатели применяются при мощности более 600 кВт и до 1 кВт как микродвигатели.

Синхронные генераторы на напряжение до 1000 В приме­няются в агрегатах для автономных систем электроснабжения. Данные некоторых таких генераторов приведены в табл. 2.42. Агрегаты с этими генераторами могут быть стационарными и передвижными. Большинство агрегатов применяются с дизель-ными двигателями, но приводом их могут быть газовые турбины, электродвигатели и бензиновые двигатели

Машины постоянного тока

Схема машины постоянного тока показана на рисунке Обмотка якоря 2 расположена на роторе и представляет со­бой замкнутую многофазную обмотку, подключенную к кол­лектору, состоящему из коллекторных пластин 3, изолирован­ных друг от друга, и щеток А и В. Коллектор связывает обмотку якоря с внешней цепью нагрузки при работе машины генератором или с сетью питания при работе двигателем. Об­мотка возбуждения располагается на полюсах статора и при­соединяется к независимому источнику постоянного тока или к якорю. Магнитный поток возбуждения Ф_й этой обмотки неподвижен в пространстве.

Схема машины постоянного тока:

1 — обмотка возбуждения, 2 — обмотка якоря, 3 — пластины коллектора, А, В — щетки, Ф_в — магнитный поток возбуждения.

При вращении обмотки якоря в неподвижном магнитном поле в ней индуцируется ЭДС с частотой

f₂=pn/60

Коллектор осуществляет согласование частоты f₂ с частотой сети постоянного тока f, = 0, т. е. преобразует перемен­ную ЭДС, индуцированную в обмотке якоря, в постоянную ЭДС между щетками А и В коллектора, и во внешней цепи протекает постоянный ток.

При холостом ходе машины магнитный поток создается только обмоткой возбуждения. При работе машины под нагрузкой обмотка якоря создает свой магнитный поток.

Реакция якоря машины постоянного тока — воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле машины. В резуль­тате реакции якоря магнитное поле машины искажается, что ведет к искрению под щетками. Кроме того, под действием реакции якоря магнитный поток машины при насыщенной магнитной цепи уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС по сравнению с ее значением при холостом ходе.

Для исключения этого явления делают некоторые изменения в конструкции машины, но действенной мерой является применение компенсационной обмотки, которая располагается в пазах главных полюсов и включается последовательно в цепь якоря таким образом, чтобы ее намагничивающая сила была направлена встречно с намагничивающей силой якоря и компенсировала ее действие. Компенсационная обмотка при­меняется в машинах средней и большой мощности

Генераторы постоянного тока

Свойства генераторов зависят от способа питания их обмоток возбуждения, и в зависимости от этого они подразделя­ются на группы:

1 — генераторы с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которых получает питание от независимого источника.

Схема генератора независимого возбуждения:

Е — ЭДС генератора, U — напряжение на зажимах генератора, I_а, I_в, I_c — токи в цепях якоря, возбуждения и нагрузки, R_нагр— сопротивление нагрузки, r_рв — сопротивление регулирующего реостата в цепи возбуждения.

2  — генераторы с параллельным возбуждением, обмотка возбуждения которых присоединяется параллельно обмотке якоря

Схема генератора с параллельным возбуждением

3  — генераторы с последовательным возбуждением, об­мотка возбуждения  которых включается последовательно с обмоткой якоря

Схема генератора с последовательным возбуждением

4  — генераторы со смешанным возбуждением, у которых применяются обмотки  параллельная и последовательная

Схема генератора со смешанным возбуждением

Свойства двигателей, как и генераторов, различаются в зависимости от способа включения обмотки возбуждения. Применяются двигатели с последовательным возбуждением —, с параллельным возбуждением, со смешанным возбуждением.

Новым поколением двигателей постоянного тока являются двигатели серии 4П. Они различаются:

1 — по регулировочным свойствам — с нормальным регу­лированием частоты вращения — до 1 : 5, и с широким регу­лированием — до 1: 1000;

2  — по типу конструкции: закрытые со степенью защиты 1Р44; защищенные со степенью защиты 1Р23;

3  — по условиям эксплуатации:

• нормальным, соответствующим значениям климатических факторов внешней среды УХЛ4 и в части воздействия механи­ческих факторов внешней среды — группе М1;

• тяжелым условиям эксплуатации (УХЛЗ и М8), соответству­ющим работе во вспомогательных механизмах металлургиче­ского производства и др.

Схема двигателя с последовательным возбуждением:

r_n — сопротивление регулирующего реостата в цепи последовательного возбуждения.

r_в — сопротивление регулирующего реостата в цепи возбуждения, Ib1,Ib2 — токи в параллельной  и последовательной цепях возбуждения

Для большинства двигателей номинальное напряжение — 110 и 220 В, диапазон частот вращения — 750...4000 об/мин.

Разновидности двигателей серии 4П показаны в таблице

Применяются также двигатели серий 2П и П.

Микромашины

Примером микромашин могут служить универсальные кол­лекторные двигатели, которые широко применяются в устрой­ствах автоматики и в бытовых машинах. Питание двигателей может осуществляться как от источников переменного одно­фазного тока, так и от источников постоянного тока.

По принципу устройства двигатель сходен с двигателем последова-тельного возбуждения. Отличие заключается в конструкции магнитной системы и в том, что катушки его обмотки возбуж­дения состоят из двух секций с промежуточными выводами — рис. 2.33. Секционирование обмотки делается потому, что при работе на переменном токе из-за падения напряжения в ин­дуктивном сопротивлении обмоток частота вращения двигате­ля оказывается меньше, чем на постоянном токе. Для вырав­нивания скоростей при работе на постоянном токе включаются все витки обмотки возбуждения, а при работе на переменном токе только часть их.

Схема универсального коллекторного микродвигателя: В1, В1 — обмотки возбуждения