| 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:

(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:

(2.8)

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

Скорость двигателя подчиняется уравнению

(2.9)

где Rя — сопротивление обмотки якоря, Ом.

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.