Сайт студентов физиков для студентов физиков!

Синхронные машины

Частота вращения ротора двигателя с фазным ротором регули­руется реостатом, включенным в обмотки ротора. Изменяя сопро­тивление реостата, изменяют силу тока в роторе, при этом изме­

няется поле ротора, соответственно изменяется сила взаимодействия по­лей ротора и статора. Таким обра­зом, изменяется величина скольже­ния.

Для изменения направления вра­щения асинхронных двигателей (ре­версирования) необходимо изме­нить чередование фаз питающего на­пряжения (поменять местами любые две фазы).

Широко применяются однофаз­ные асинхронные двигатели (рис. 2.4). Они отличаются от трехфазных (рис. 2.5) тем, что на статоре име­ются две обмотки, сдвинутые в про­странстве на угол 90°. По обмоткам протекают токи со сдвигом по фазе, равным 90°. Такая система сдвига токов в пространстве и по фазе создает вращающееся магнитное поле. Ротор двух­фазных двигателей корот­козамкнутый.

Иногда в качестве одно­фазного используют трех­фазный асинхронный дви­гатель, у которого в цепь одной из обмоток включен конденсатор.

Применение асинхрон­ных двигателей в строи­тельстве будет подробно рассмотрено в последую­щих главах.

2.4.  Синхронные машины

Синхронные электрические машины чаще всего применяют в ка­честве генераторов. Синхронные электродвигатели применяют зна­чительно реже, чем асинхронные, и только в тех случаях, если при данной мощности и режиме работы они оказываются экономичнее.

Машину называют синхронной потому, что ее ротор вращается с той же скоростью, что и вращающийся магнитный поток, со­зданный током в обмотке статора, т. е. ротор и магнитный поток вращаются синхронно.

Устройство синхронной машины. Синхронная машина, так же как и асинхронный двигатель, состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор ничем не отличается от статора трех­фазного асинхронного электродвигателя. Ротор представляет со­бой вращающийся электромагнит, катушки которого питаются постоянным током.

В условиях строительства синхронные генераторы с приводом от двигателей внутреннего сгорания применяются для передвиж­ных электрических станций.

Синхронные двигатели имеют абсолютно жесткую механичес­кую характеристику, т. е. скорость вращения постоянна. В промыш­ленности и на строительстве эти двигатели применяются для при­вода компрессорных и насосных установок, а также для привода камнедробилок и экскаваторов.

2.5.  Электрические машины постоянного тока

По назначению электрические машины постоянного тока де­лятся на генераторы и двигатели.

Генераторы постоянного тока применяют в тех областях техни­ки, в которых для технологических целей требуется постоянный ток: электролиз, электрическая сварка, а также для питания дви­гателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока применяют для подъемных уст­ройств, в электрической тяге, для приведения в действие прокат­ных станов, гребных винтов судов и в других видах регулируемого электропривода.

На строительстве постоянный ток применяют для электропри­вода мощных экскаваторов, получающих питание от двигателя — генератора, преобразующего энергию переменного тока в энер­гию постоянного тока, а также для зарядки аккумуляторов и в редких случаях для электрической сварки.

Устройство машины постоянного тока. Основными частями ма­шины постоянного тока (рис. 2.6) являются: неподвижная часть — статор, вращающийся ротор-якорь и два подшипниковых щита. Ста­тор состоит из станины, сердечников полюсов электромагнитов, выполненных из тонких листов стали, изолированных друг от дру­га лаковой пленкой или тонкими листами бумаги. На сердечники

надеты катушки из изолиро­ванной медной проволоки, являющиеся обмоткой воз­буждения машины.

Ротор машины, называе­мый в машинах постоянного тока якорем, представляет собой цилиндрическое тело, собранное из тонких листов стали, так же как сердечни­ки электромагнитов. В якоре машины устраивают пазы для размещения обмотки, концы которой прикрепляют к пла­стинам коллектора, изолиро­ванным друг от друга и вала якоря непроводящим матери­алом — миканитом.

На внешнюю поверхность коллектора накладывают щет­ки, которые при помощи тра­версы прикреплены к непод­вижной части машины. При вращении якоря вращается также и коллектор, а щетки скользят по его поверхности, ос­таваясь неподвижными. Вал якоря вра­щается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах.

Рассматривая упрощенную схему (рис. 2.7), на которой между двумя маг­нитами расположен один вращающийся виток обмотки якоря, можно понять на­значение и принцип действия коллекто­ра. Концы обмотки якоря соединены с двумя пластинами коллектора, по кото­рому скользят две щетки. При вращении

якоря в его проводниках будет наводиться синусоидальная пере­менная электродвижущая сила. При наличии коллектора с верх­ней щеткой все время оказывается соединенным проводник, дви­жущийся под северным полюсом, а с нижней — проводник, дви­жущийся под южным полюсом электромагнита. В результате этого между щетками будет действовать ЭДС, изменяющаяся во време­ни (рис. 2.8). Все точки кривой расположены выше нулевой линии (напряжение все время будет сохранять один знак). Таким образом коллектор выпрямляет переменное напряжение.

Но ЭДС (см. рис. 2.8) еще не является напряжением постоянного тока, так как его величина два раза за один оборот якоря претерпе­вает изменения от нулевого значения до максимального.

Если намотать на якорь обмотку, состоящую не из одного, а из двух витков, и расположить их на якоре перпендикулярно один другому, то ЭДС, которые наводятся в них при вращении якоря, будут отличаться друг от друга по фазе. В тот момент, когда в одном витке ЭДС будет равна нулю, в другом она будет иметь максималь­ное значение.

При соответствующем соединении витков наводимые в них ЭДС будут складываться и на щетках машины получится суммарное напряжение, которое имеет значительно меньшие колебания по величине (рис. 2.9).

В выпускаемых заводами машинах постоянного тока обмотки якоря имеют значительно большее число катушек и пластин кол­лектора. Соответственным увеличением числа катушек обмотки и пластин коллектора получают суммарное напряжение на щетках (выводах) генератора с весьма малыми колебаниями по величине.

2.6.  Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

Рабочие свойства машин постоянного тока зависят в значитель­ной мере от способа соединения обмотки возбуждения с якорем машины. По способу питания обмотки возбуждения машины посто­янного тока подразделяются: на машины с параллельным возбуж­дением (шунтовые), машины с последовательным возбуждением (сериесные) и машины со смешанным возбуждением (компаунд — ные) (рис. 2.10). Машины с параллельным и смешанным возбужде­нием применяют в качестве как генераторов, так и двигателей, с последовательным возбуждением — только в качестве двигателей.

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбужде­ния присоединяется параллельно обмотке якоря (рис. 2.10, а), в машинах с последовательным возбуждением — последовательно с обмоткой якоря (рис. 2.10, б). В машинах со смешанным возбужде­нием обмотка возбуждения имеет две части: одну, соединенную параллельно, а другую — последовательно с обмоткой якоря (рис.

2.10,  в). Обмотки возбуждения, присоединяемые параллельно, вы­полняют из проводов небольшого сечения; обмотки же, присое­диняемые последовательно, рассчитываемые на прохождение че рез них полного

тока генератора, выполняют из проводов большо­го сечения.

ЭДС, которую развивает любой генератор постоянного тока, прямо пропорциональна числу его оборотов и величине магнит­ного потока, создаваемого полюсами. Магнитный же поток зави­сит от тока в обмотке возбуждения. Регулирование ЭДС генератора постоянного тока может осуществляться изменением либо числа его оборотов, либо величины тока возбуждения:

image61 (2.7)

где р — число пар полюсов; N — число всех проводников обмот­ки; а — число параллельных ветвей; Ф — магнитный поток обмот­ки возбуждения (Вб); п — частота вращения якоря, мин-1.

2.7.  Электродвигатели постоянного тока

Величина вращающегося момента двигателя постоянного тока (М) выражается следующим соотношением:

image62 (2.8)

где k — постоянная двигателя, зависящая от его конструкции; Ф — магнитный поток, Вб; I я — сила тока якоря, А.

Скорость двигателя подчиняется уравнению

image63 (2.9)

где — сопротивление обмотки якоря, Ом.