6.1 Общее устройство машин переменного тока
Машинами переменного тока (МПрТ) называются устройства, преобразующие электрическую энергию переменного тока в механическую и наоборот. Как и машины постоянного тока (МПТ), они обладают принципом обратимости и также имеют подвижную и неподвижную части. Подвижная часть назы-вается р о т о р о м, а неподвижная с т а т о ро м.
В отличие от МПТ, в машинах переменного тока наиболее важным узлом является неподвижная часть, т.е. статор (рис.52). Это объясняется тем, что именно в обмотке статора наводится ЭДС. В генераторе она создает напряжение на клеммах машины, а в двигателе определяет величину поступающего тока и и его механические характеристики.
Так же как в якоре МПТ, она размещается в пазах ста-тора. Статор состоит из корпуса (1), сердечника(2) и обмотки(3). Обмотка машин переменного тока является 3-х фазной и это обстоятельство является глав-ной особенностью машин пере-менного тока. Дело в том, что за счет сдвига фаз токов друг относительно друга на 120 0 , и пространственного разнесения катушек в полости статора также на 120 0 , удается создать вращающееся магнитное поле.
Этот факт иллюстрируется на рис.53. На нем представле 
ны колебания 3-х токов в катушках А, В, С, пространственное положение которых в статоре отмечено тремя метками на нижних круговых диаграммах. Указанные катушки изображены на окружностях в порядке следования по часовой стрелке вдоль каждой из семи окружностей, символизирующих внутреннюю полость статора. Черная стрелка в каждой окружности изображает суммарное магнитное поле созданное этими катушками. Так, при 0 0 , суммарное магнитное поле направлено вверх, к катушке А (ток в ней положителен). При 60 0 , т.е. спустя некоторое время, наибольший ток - отрицательного знака - возникает в катушке В и суммарное магнитное поле становится направленным от катушки В, которая находится в правой нижней части окружности статора). При 120 0 , наибольшее значение - положительное - приобретает ток в катушке С и суммарное магнитное поле оказывается направленным к катушке С, находящейся в нижней левой части окружности-статора и т.д. Важным моментом в рассматриваемом изменении ориентации магнитного поля является то, что оно остается п о с т о я н н ы м п о м о д у л ю. То есть колебания 3-х токов в обмотках статора приводят к равномерному вращению постоянного по величине магнитного поля в полости статора.
Получающееся магнитное поле (N-S) совершает один полный оборот за один период колебаний. Как известно, промышленный 3-х фазный ток имеет частоту 50 Гц, - следовательно скорость вращения магнитного поля в полости статора МПрТ составляет 50х60 = 3000 об/мин. В силу обратимости машин переменного тока справеливо и обратное утверждение: для создания трехфазного тока с частотой переменного тока 50 Гц, в машине с 3-мя катушками, скорость вращения магнитного поля (N-S) – т.е. ротора c одной парой полюсов - должна составлять 3000 об/мин. Это значение скорости является максимальным для серийных машин переменного тока, однако не единственно возможным.
Действительно, если вместо 3-х катушек в полости статора разместить 6 катушек в порядке чередования «А-В-С-А-В-С», то за один период колебания тока в каждой фазе вектор индукции суммарного магнитного поля повернется только на 180 0 , а скорость вращения поля снизится до 1500 об/мин. При этом ротор такой машины должен иметь 2 пары полюсов «N-S-N-S», так как по истечению полного периода колебаний тока, и повороте ротора на 180 0 , ориентация полюсов должна приобрести первоначальную конфигурацию. Это возможно только, если одноименные полюса ротора также находятся под углом 180 0 , а разноименные - под углом 90 0 .
Машины переменного тока предназначены для преобразования механической энергии в электрическую (генераторы) или для преобразования электрической энергии в механическую (двигатели).
Они подразделяются на:
Асинхронные
Синхронные
У первых частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора, а у вторых - нет.
Асинхронные и синхронные МПТ бывают:
С короткозамкнутым ротором
С фазным ротором
В зависимости от количества фаз они делятся на однофазные, двухфазные и трехфазные.
78. Устройство, принцип действия и характеристики трёхфазных асинхронных двигателей.
Основными частями АД являются неподвижный статор и вращающийся ротор, разделённые воздушным зазором.
Статор состоит из алюминиевого или чугунного корпуса, внутри которого находится сердечник статора – полый цилиндр из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. На внутренней поверхности этого цилиндра в пазах размещена трёхфазная обмотка из трёх одинаковых частей, называемых фазами. Фазы обмотки соединяются звездой или треугольником и подключаются к трёхфазной сети.
Ротор представляет собой цилиндрический сердечник из изолированных друг от друга листов электротехнической стали с пазами на наружной поверхности, в которых размещаются проводники обмотки ротора. Обмотка короткозамкнутого ротора выполняется в виде беличьего колеса – цилиндрической клетки из медных или алюминиевых стержней, которые без изоляции закладываются в пазы ротора. Торцовые концы стержней замыкают накоротко с обеих сторон ротора кольцами.
Принцип действия АД заключается в следующем: при питании обмотки статора от сети трёхфазный ток статора создаёт вращающееся магнитное поле, пронизывающее сердечник статора, ротор и воздушный зазор. Вращающееся магнитное поле пересекает проводники ротора и наводит в них ЭДС, под действием которых в проводниках ротора возникают токи. Взаимодействие токов ротора с вращающимся магнитным полем создаёт вращающий момент М, под действием которого ротор вращается.
Для АД выделяют следующие виды характеристик: механические и рабочие. Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора от нагрузки. Рабочими характеристиками называют зависимости частоты вращения n, момента на валу М 2 , тока статора I 1 , коэффициента полезного действия ƞ и коэффициента мощности cosφ от полезной мощности P 2 .
79. Режимы работы, механические и рабочие характеристики трёхфазных асинхронных двигателей.
Режимы работы двигателя: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный.
Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора n от момента на валу. От её характера зависит пригодность АД для привода различных механизмов. Рабочими характеристиками называют зависимости частоты вращения n, момента на валу М 2 , тока статора I 1 , коэффициента полезного действия ƞ и коэффициента мощности cosφ от полезной мощности P 2 . Эти характеристики служат для полного выявления свойств самого двигателя. Рабочие характеристики изображены на рисунке.
80. Энергетическая диаграмма и К.П.Д. трёхфазных асинхронных двигателей.
Исходная величина – это мощность Р1 = U1I1cosφ1, подводимая к двигателю из сети 3-х фазного тока. Часть этой мощности ΔРпр1 идёт на нагрев проводников обмотки статора. Остальная мощность Рврп = Р1 - ΔРпр1 преобразуется в мощность вращающегося магнитного поля. Из неё часть мощности ΔРм тратится на потери в магнитопроводе. Эти потери состоят из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи. Потери в сердечнике ротора практической роли не играют, т.к. они пропорциональны f2, а f2 очень мало. Таким образом, ротору через воздушный зазор передаются электромагнитная мощность Рэм = Рврм – ΔРм. Механическая мощность, передаваемая ротору Рм = Рэм – ΔРпр2, где ΔРпр2 – это мощность потерь в обмотке ротора и полезная мощность на валу ротора Р2 = Рмех – ΔРмех – ΔРдоб, где ΔРмех – механические потери, ΔРдоб – добавочные потери, создаваемые пульсацией магнитного поля. КПД двигателя η = Р2 / Р1 = Р2 / (Р2 + ΔРс + ΔРэ) , где ΔРс – постоянные потери. ΔРс = ΔРм + ΔРмех. ΔРэ – переменные потери. ΔРэ = ΔРпр1 + ΔРпр2.
КПД двигателя изменяется в зависимости от нагрузки двигателя. Коэффициент нагрузки β = Р2 / Р2ном. С учётом коэффициента нагрузки η = βР2 / (βР2 + ΔРс + β 2 ΔРэ).
График зависимости КПД от β
Обычно КПД = 0,75 – 0,95.
С ростом нагрузки cosφ = P1 / S1 = P1 / (P1 2 + Q1 2) 0.5 = 1 / (1 + (Q1 2 / P1 2)) растёт, т.к. растёт Р1, а Q1 остаётся постоянной. При дальнейшем росте β растёт поток рассеяния магнитного потока, поэтому растёт Q1, а cosφ уменьшается. АД целесообразно использовать при нагрузках близких к номинальным (β = 1).
вверх 81. Способы регулирования скорости трёхфазных асинхронных двигателей.
Запишем формулу для определения скорости вращения: 
.
Частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать изменением скольжения , числа пар полюсов и частоты тока питающей сети .
1. Изменения скольжения можно достичь 3 способами:
1.1. изменением подводимого к статору симметричного напряжения U 1 ;
При неизм. моменте на валу двигателя повышение напряжения вызывает повышение частоты вращения двигателя, но диапазон изменения частоты получается небольшим, что обьясняется узкой зоной устойчивой работы двигателя. Кроме того, значит. увеличение напряжения вызывает перегрев двигателя, а снижение напряжения снижает перегрузочную способность 
.
1.2. нарушением симметрии этого напряжения;
Нарушение симметрии подводимого напряжения осуществляется с помощью автотрансформатора, включённого в одну из фаз. При уменьшении напряжения на входе автотрансформатора напряжение на выходе автотрансформатора несимметрично увеличивается, а частота вращения уменьшается. Недостатками являются уменьшение КПД двигателя и узкая зона регулирования. Применяется для АД небольшой мощности.
1.3. изменением активного сопротивления цепи ротора.
Применяется для АД с фазным ротором.
2. Регулирование частоты вращения изменением частоты тока питающей сети (частотное регулирование).
Для этого необходимы источники питания с регулируемой частотой тока, в качестве которых применяются полупроводниковые и электромагнитные преобразователи частоты. Но с изменением частоты тока изменяется и электромагнитный момент двигателя, поэтому для сохранения момента, коэффициента мощности и КПД двигателя необходимо одновременно изменять и напряжение сети. Если регулирование производится при условии постоянной нагрузки, то напряжение нужно изменять пропорционально частоте. Частотное регулирование позволяет плавно изменять скорость вращения в широком диапазоне.
3. Изменение частоты вращения путём изменения числа пар полюсов.
Этот способ применяется лишь для АД с короткозамкнутым ротором и даёт лишь ступенчатое регулирование частоты. Изменение числа пар полюсов производиться двумя способами:
1) в пазы статора укладываются две обмотки с разным числом пар полюсов, не связанных электрически между собой. Включая разные обмотки в сеть, получают разные частоты вращения. Недостатками метода являются: увеличение габаритов и массы АД;
2) в пазах статора размещена одна обмотка, схема которой путём переключения позволяет уменьшить число пар полюсов, например, обмотка фазы состоит из двух катушек, при их последовательном соединении =2, а при параллельном =1. Начала и концы обмоток выводят на клеммы щитка, поэтому переключение может производиться при работающем двигателе.
82. Схемы управления трёхфазными асинхронными двигателями.
Простейшая схема управления двигателем. В данной схеме при нажатии кнопки SB1 подаётся напряжение на катушку контактора KM1. Контактор KM1 включается и своими замыкающими главными контактами подключает статор двигателя M к сети. Двигатель пускается в ход. При отпускании кнопки SB1 происходит размыкание цепи катушки контактора KM1, отключение контактора и выключение двигателя. Эта схема применяется при наладочных пусках электропривода, когда нет необходимости длительной работы.
В этой схеме двигатель включается путём нажатия кнопки SB1 и продолжает работать после отпускания кнопки, благодаря замыкающему блок-контакту KM1, который замыкается при включении контактора и обеспечивает питание катушки током после отпускания кнопки, т.е. блокирует пусковую кнопку SB1. Для остановки двигателя необходимо нажать кнопку SB2, которая размыкает цепь питания катушки контактора. Эта схема находит самое широкое применение для управления электродвигателями таких нереверсивных механизмов, как насосы, вентиляторы и т.д.
Данная схема применяется для управления двигателями, которые должны иметь прямое и обратное направление вращения ротора. В этой схеме изменение направления вращения двигателя осуществляется переключением двух фаз статора путём выключения контактора KM1 и включения контактора КМ2. При нажатии кнопки SB1 включается контактор KM1 и двигатель будет вращаться в направлении «вперёд» (при условии, если контактор KM2 отключён и замкнут его размыкающий блок-контакт KM2 в цепи питания катушки контактора KM1). Для изменения направления вращения необходимо предварительно отключить нажатием кнопки SB2 двигатель и лишь после этого нажать кнопку SB3. Размыкающий блок-контакт КМ1 в цепи катушки контактора КМ2 и блок-контакт КМ2 в цепи катушки контактора КМ1 осуществляют электрическую блокировку контакторов, т.е. исключают возможность одновременной работы контакторов КМ1 и КМ2. При отсутствии данной блокировки контакторы КМ1 и КМ2 могут быть включены независимо друг от друга, что приведёт к короткому замыканию двух фаз сети главными контактами.
Машины переменного тока по количеству фаз делятся на много фазные и однофазные. Наиболее часто машины выполняются трехфазными в соответствии с применяемой в энергетических установках системой трехфазного тока. Для автоматических устройств и для бытовых электроприборов применяются двухфазные машины и иногда однофазные. В основе работы многофазных машин и некоторых однофазных лежит образование вращающегося магнитного поля.
Каждая машина переменного тока, так же как машина постоянного тока, состоит из статора и ротора. По способу образования магнитного поля статора и ротора машины переменного тока делятся на две группы: асинхронные и синхронные.
А. Асинхронная машина.
Асинхронной машиной называется машина переменного тока, у которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки. Магнитное поле в асинхронной машине создается переменным током обмоток статора и ротора. Скорость вращения ротора отличается от скорости вращения поля.
Асинхронные машины делятся на бесколлекторные и коллекторные. Бесколлекторные асинхронные машины являются наиболее распространенными электрическими машинами в народном хозяйстве и применяются главным образом в качестве двигателей. Коллекторные асинхронные машины имеют большее разнообразие характеристик по сравнению с бесколлекторными, используются также в качестве двигателей, но имеют ограниченное применение.
Основным типом асинхронной бесколлекторной машины является трехфазный двигатель в двух главных исполнениях: двигатель с фазной обмоткой ротора (рис. 1,а) и двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора (рис. 1,6). Конструктивные схемы этих машин показаны на рис. 1, где 1 - сердечник статора, собранный из листовой электротехнической стали, 2 - трехфазная обмотка статора, включаемая в сеть переменного тока, 3 - сердечник ротора, 4 - фазная обмотка ротора, 5 - контактные кольца для соединения с пусковым или регулировочным реостатом, 6 - короткозамкнутая обмотка ротора.
Рис. 1. Конструктивная схема трехфазного асинхронного двигателя: а - с фазной обмоткой ротора, б - с короткозамкнутой обмоткой ротора
Б Синхронная машина.
Синхронной машиной называется такая машина переменного тока, скорость вращения ротора которой равна скорости вращения первой гармоники поля статора и определяется
Рис. 2. Конструктивная схема трехфазного синхронного генератора
частотой / переменного тока в обмотке статора и количеством пар полюсов машины
(1)
Как правило, магнитное поле в синхронной машине создается обмоткой постоянного тока ротора и обмоткой переменного тока статора. В синхронных машинах малой мощности вместо обмотки постоянного тока на роторе используются постоянные магниты (магни-
тоэлектрические синхронные машины) или же магнитное поле создается только переменным током обмотки статора (реактивные синхронные машины). Синхронные машины широко применяются в качестве генераторов трехфазного переменного тока на электростанциях и используются также в качестве электродвигателей.
На рис. 2 изображена конструктивная схема трехфазной синхронной машины. Здесь 1 - сердечник статора, 2 - трехфазная обмотка статора, 3 - полюсы ротора с обмоткой постоянного тока, 4 - кольца для соединения обмотки ротора с источником постоянного тока, 5 - вентиляторы.
Рис. 3. Основные типы синхронных машин: а - с явнополюсным ротором, б - с неявнополюсным ротором
По устройству ротора различают два типа синхронной машины: машина с явнополюсным ротором, в которой катушки обмотки постоянного тока размещены на выступающих полюсах (рис. 3,а) и машина с неявнополюсным ротором, в котором распределенная обмотка постоянного тока уложена в пазы ротора (рис. 3,6).
Явнополюсная синхронная машина изготовляется для скорости вращения до 1500 об /мин и используется в качестве генератора или двигателя. Наиболее крупные синхронные машины устанавливаются на гидроэлектростанциях и приводятся во вращение водяными турбинами со скоростью до 300 об/мин.
Неявнополюсная синхронная машина используется в основном как генератор на тепловых электростанциях и приводится во вращение паровой турбиной со скоростью обычно 3000 об/мин (при частоте 50 Гц).
Обмотки статора обычно присоединяются к сети переменного тока и создают вращающееся магнитное поле, поэтому устройство этой части асинхронных и синхронных машин получается одинаковым. Сердечник статора изготовляется из листовой электротехнической
стали толщиной 0,5 мм.
На внутренней поверхности статора имеются пазы, в которые уложена обмотка. Форма паза зависит главным образом от мощности машины.
Рис. 4. Частично открытый паз
При мощности до 100 кет и напряжении до 500 в применяются частично открытие пазы (рис. 4). Изоляция обмотки от сердечника обычно трехслойная: два слоя электрокартона и между ними слой лакоткани или синтетической пленки. Общая толщина изоляции 0,3-0,7 мм. Стороны 1 мягких катушек из круглого провода укладывают через открытие 3 паза по одному или по нескольку проводников, затем края изоляции загибают и, таким образом, закрывают каждый паз. Стороны катушки в пазу удерживаются клином 2 из дерева или слоистого пластика.
Рис. 5. Частично закрытый паз и изоляция обмотки
1 - прокладка из электрокартона пропитанного, толщиной 0,2 мм,
2 - лента миткалевая впритык, толщиной 0,15 лык, 3 - прокладка из электрокартона, толщиной 0,5 мм, 4- электрокартон пропитанный, толщиной 0,20 мм в 1 слой, 5 - лакоткань черная толщиной 0,3 мм в 1 слой, в - электрокартон пропитанный, толщиной 0,10 мм
впритык, 7 - прокладка из электрокартона толщиной 0,2 мм
Рис. 6. Открытый паз и изоляция обмотки
1 - прокладка из электрокартона (толщиной 0,5 лик), 2 - прокладка из миканита (толщиной 0,2 лык), 3 - микафолий (9 слоев толщиной 0,25 лш), 4 - электрокартон (1 слой толщиной 0.15 лык), 5 - прокладка из электрокартона толщиной 1,7 лык
Частично закрытые пазы (рис. 5) применяются для машин мощностью до 400 кет и напряжением до 500 в. В этом случае каждая катушка состоит из двух полукатушек, намотанных прямоугольным проводом. Полукатушкам придают окончательную форму на специальных шаблонах до укладки в пазы.
В машинах большой мощности и при напряжении выше 500 в катушки изготовляются из прямоугольного провода и изолируются до укладки в прямоугольные пазы (рис. 6).
Электрическая машина имеет статор и ротор, разделенные воздушным зазором (рис. 3.1). Активными частями ее являются магнитопровод и обмотки. Все остальные части - конструктивные, обеспечивающие необходимую жесткость, прочность, возможность вращения, охлаждения и т. п.
Магнитопровод машины, по которому замыкается переменный магнитный поток, выполняют шихтованным - из листов электротехнической стали, как и у трансформатора. Если поток постоянный, то магнитопровод можно выполнять массивным; в этом случае он может осуществлять и конструктивные функции, т. е. служить элементом, обеспечивающим прочность данной части машины (статора или ротора).
Так как в частях электрических машин магнитный поток замыкается по сложным контурам, отличным от прямолинейных, в них, как правило, применяется изотронная холоднокатаная сталь. Только для изготовления полюсов синхронных машин и крупных машин постоянного тока иногда применяется анизотропная холоднокатаная сталь, так как в полюсах направление магнитных линий совпадает с направлением прокатки, в котором магнитная проницаемость очень велика. Сердечники статоров и роторов асинхронных машин и якорей синхронных машин постоянного тока штампуют из изотронной рулонной холоднокатной стали, позволяющей при раскрое получать экономию порядка 10-15% по сравнению с листовой, вследствие чего листовая сталь применяется очень редко.
В машинах малой мощности применяется сталь марки 2013, с низким содержанием кремния, достаточно вязкая, которая и позволяет получать мелкие пазы сложной конфигурации. В машинах средней и большой мощности применяют сталь марки 2212, 2311 и 2411, с повышенным содержанием кремния. Эти стали более хрупки, что затрудняет их штамповку, но имеют низкие потери на перемагничивание и не требуют отжига сердечников после штамповки.
В микромашинах широко применяют также магнитопроводы, собранные из листов железоникелевых сплавов типа пермаллой.
Статор асинхронных и большинства синхронных машин состоит из шихтованного магнитопровода (рис. 3.2, а ), который запрессовывают в литую станину (рис. 3.2,6 ). Поскольку через массивную станину переменный магнитный поток не замыкается, станину можно выполнять из немагнитного материала (алюминия) или ферромагнитного с малой магнитной проницаемостью (чугуна), сравнительно дешевых и хорошо приспособленных к литейной технологии. На внутренней поверхности шихтованного статора, в пазах, располагают обмотку статора.
Ротор асинхронной машины (рис. 3.2, в ) обычно состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали. Сердечник запрессовывают на вал или втулку ротора (при больших размерах машины) и сжимают специальными нажимными шайбами. В пазах, размещенных на наружной поверхности ротора (сходных по форме с пазами статора), располагают обмотку ротора. В синхронных машинах ротор выполняют массивным, так как на нем расположены полюсы с обмотками возбуждения, магнитный поток которых неподвижен относительно ротора. При изготовлении листов ротора и статора в них штампуют пазы (рис. 3.3, а и б ) для укладки проводников обмотки ротора и статора, а также вентиляционные каналы для прохода охлаждающего воздуха.
Конфигурация зубцов и пазов (рис. 3.4 и 3.5) зависит от типа машины и ее мощности. В машинах большой мощности обмотки статора и ротора выполняют из проводников прямоугольного сечения; в этом случае применяют открытые пазы прямоугольной формы, позволяющие наилучшим образом разместить проводники и обеспечить надежную их изоляцию. В машинах малой и средней мощности обмотки ротора и статора обычно выполняют из провода круглого сечения; в таких машинах применяют полузакрытые пазы овальной или трапецеидальной формы. В ряде случаев при проводниках прямоугольного сечения применяют полуоткрытые пазы, уменьшающие магнитное сопротивление слоя «зубцы - пазы -воздушный зазор» по сравнению с открытыми пазами. В микромашинах роторы часто имеют пазы круглой формы; при этом существенно упрощается и удешевляется изготовление штампов.
При укладке проводников в пазы дно и стенки покрывают изоляционным материалом (электрокартоном, лакотканью, миканитом и пр.). Проводники, а также их верхний и нижний слои тоже изолируют друг от друга. Чем выше напряжение, при котором работает машина, тем большую электрическую прочность должна иметь изоляция проводников от сердечника ротора или статора. Проводники укрепляют в пазах ротора и статора с помощью клиньев, а на роторе, кроме того, с помощью проволочных бандажей или стеклобандажей, которые наматывают на лобовые части его обмотки (части обмотки, выходящие из сердечника ротора). В некоторых случаях бандажи располагают и в нескольких местах вдоль сердечника ротора.
Для подвода тока к обмотке ротора или подключения к ней реостата на роторе должны быть расположены контактные кольца: три кольца при трехфазном токе и два кольца при постоянном токе. Исключение составляют асинхронные машины с короткозамкнутым ротором, которым контактные кольца не требуются. Токосъем с контактных колец осуществляют с помощью щеток - прямоугольных брусков, изготовленных из смеси угля, графита и порошка металла (меди и свинца). Щетки устанавливают в специальных щеткодержателях и прижимают к контактной поверхности с помощью пружин. Электрические машины мощностью примерно до 2000 кВт имеют шариковые или роликовые подшипники, которые располагают в подшипниковых щитах. При больших мощностях применяют скользящие подшипники.
Электрические машины переменного тока - асинхронные и синхронные, несмотря на различия в устройстве и конструкции, имеют много общего в принципе работы и теории. В этих машинах при прохождении по обмоткам статора или ротора переменного тока, синусоидально изменяющегося во времени, создается вращающееся магнитное поле. Это поле, в свою очередь, пересекает обмотки статора и ротора (или одну из них) и наводит в них переменную ЭДС. Общность физических процессов обусловливает общность теории и сходность конструкции многофазных обмоток переменного тока и принципов устройства статора асинхронной машины и якоря синхронной машины.
» особенности и работа переменных электромашин.
Из самого названия понятно, что отличительной особенностью данного рода электрических машин является то, что они функционируют на переменном токе. Если при постоянном токе электрические заряженные частицы перемещаются только в одном направлении, и могут в определённом диапазоне менять свою интенсивность (величина разности потенциалов, напряжение), то у переменного тока появляются новые характеристики - такие как частота, её форма и т.д. Что естественным образом влияет на непосредственную конструкцию и принцип действия электрической машины. В статье разберём основные особенности и работу электрических машин переменного тока.
Электромашины переменного тока представляют собой электротехнические устройства, которые являются своеобразными преобразователями электрической энергии, в основе принципа действия которых лежат силы Лоренца и явление электромагнитной индукции, работающие на переменном токе. К таким электромашинам относятся много разновидностей - электродвигатели, электрогенераторы, сельсины, трансформаторы. Итак, двигатели и генераторы по принципу действия разделяются на синхронные и асинхронные. Что бы было ясно дальнейшее объяснение хочу сказать о следующем.
Главной особенностью электрических машин переменного тока, что электрическую энергию преобразуют в механическую или наоборот, является взаимодействие магнитных полей, одно из которых является вращающимся, динамическим (получаемое в силу работы переменного тока - циклические изменения силы тока и напряжения, как по величине, так и по полюсам), а другое поле в определённом смысле статическое, постоянное. Следовательно, для получения движения ротора движущееся магнитное поле должно действовать на постоянное поле, что и порождает механическое движение вала машины. Это ближе к электродвигателям, у генераторов работа проходит по иному принципу. Есть два различных принципа работы переменных электромашин (двигателей и генераторов) - синхронные и асинхронный.
Общий принцип работы асинхронной электрической машины переменного тока заключается в следующем. Разберём классический вариант трёхфазника. Имеются на статоре три обмотки, к которым подключают три электрические фазы. Из электротехники известно, что трёхфазный ток представляет собой циклическое изменение величин тока и напряжения плавно перетекающее по кругу (обычная плавно меняющаяся синусоида). То есть, максимум электрической мощности плавно переходит из одной точки, обмотки в другую, естественно на противоположной стороне круга будет минимум мощности. Так вот при подачи трёхфазного напряжения на три обмотки статора асинхронного электродвигателя мы имеем вращающееся магнитное поле, частота которой равна 50 Гц (стандартная производственная частота).
Из электрофизики также известно, что при помещении электрического проводника в переменное магнитное поле на его концах появляется разность потенциалов, а если его замкнут (соединить концы), потечёт ток, который образует вокруг себя своё магнитное поле. Вот это и используется в асинхронных электрических машинах. Внутри машины расположен короткозамкнутый ротор (является упрощённой обмоткой). Во вращающемся магнитном поле на нём наводится ЭДС и у него появляется собственное магнитное поле, что и отталкивается от поля статора. Учтите, что поле на короткозамкнутом роторе может возникнуть только в силу некоторого отставания одного поля от другого, по этому и называются эти машины асинхронными.
У синхронных машин подобного отставания нет. Там поле индуктора (статического, постоянного магнитного поля) как бы цепляется за вращающееся поле якоря (подвижное, динамическое поле), что и ведёт к синхронной работе магнитных полей. Если в асинхронниках статическое поле является следствием работы динамического, то в синхронниках в определённом смысле причины появления вращающегося полями и поля статического независимы друг от друга, но их взаимодействие и позволяет осуществлять работу электрической машины переменного тока.
P.S. О конкретных электромашинах и их работе мы поговорим в более развёрнутой форме и других статьях, а это был общий обзор и поверхностное ознакомление с темой электрических машин переменного тока.
