Виды электрических машин

Содержание

 

 Введение………………………………………………………………………….3

1.Общие сведения об электрических машинах………………………………...4

2.Основные виды электрических машин……………………………………….8

 Список литературы……………………………………………………………..12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Введение

Электрические машины широко используются во всех промышленных и сельскохозяйственных и бытовых устройствах и механизмах, на транспорте и во многих других сферах деятельности человека.

Одним из важнейших показателей  качества электрических машин является их надежность. Проверка рабочих свойств машин, их соответствие заданным требованиям, в том числе требованиям надежности, осуществляется путем испытаний в процессе изготовления и эксплуатации.

По результатам испытаний  судят не только о соответствии электрических  машин требованиям стандартов и нормалей, но и ведут косвенный контроль за правильностью технологического процесса производства. Только при испытаниях можно доказать или опровергнуть теоретические положения, выдвигаемые в процессе развития теории электрических машин.

По мере развития теории электрических машин (подтверждение  положений которой невозможно без  проведения соответствующих испытаний) и резкого увеличения выпуска  самих машин развивалась теория промышленных испытаний, дающих не только качественные, но и точные количественные соотношения между различными параметрами электрической машины. По мере расширения области применения электрических машин появлялись новые контролируемые параметры (например, стойкость к вибрациям и ударам, к высоким температурам, к высокому давлению и др.). Это в свою очередь требовало создания нового испытательного оборудования и методик оценки результатов испытаний.

Наряду с весьма простыми вычислениями типа определения КПД  и коэффициента мощности разработаны  более сложные и трудоемкие программы по определению параметров синхронной машины из опыта внезапного короткого замыкания (о которой речь пойдет ниже), определение параметров рабочих характеристик асинхронного двигателя по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания и ряд других программ.

 

 

 

 

 

 

1 Общие сведения об электрических машинах

 

Электрические машины служат для преобразования механической энергии  в электрическую (генераторы), электрической  энергии в механическую (двигатели), а также для преобразования частоты  переменного тока, одного рода тока в другой, например, постоянного тока в переменный, постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (преобразователи).

Преобразование энергии в электрической  машине происходит в пространстве, занятом электромагнитным полем. Части электрической машины, непосредственно предназначенные для энергопреобразовательного процесса, называются активными частями. К ним относятся магнитопроводы, проводники обмоток, промежутки между магнитопроводами и проводниками обмоток.

Однако для того чтобы машина могла осуществлять свое назначение, в ней предусмотрен еще целый  ряд важных деталей, называемых конструктивными  частями, которые не принимают непосредственного  участия в процессе преобразования энергии.

Конструктивные части выполняют в машине следующие функции:

-придают частям статора и  ротора определенное положение  в iпространстве и обеспечивают (или ограничивают) их необходимые  степени свободы перемещения;

-передают электрическую энергию  от сети к активной зоне  машины или механическую энергию от активной зоны к сопряженной машине;

-осуществляют подачу охлаждающего  воздуха в машину;

электрически изолируют витки  проводников обмоток друг от друга, от магнитопроводов и - конструктивных частей;

защищают активные части машины от повреждений в результате воздействия окружающей среды (влаги, вредных газов, попадания в машину посторонних предметов);

-обеспечивают, безопасную эксплуатацию  машины, предотвращая прикосновение  обслуживающего персонала к ее  вращающимся или находящимся  под напряжением частям;

-делают возможным монтаж машины  на месте установки!

Электрические машины характеризуются  различными показателями, в число  которых входят номинальные мощность, напряжение, режим работы, ток, условия  применеяия, частота вращения, а  также кпд и другие данные, определяющие допустимые режимы их работы.

Режим работы, на который электрическая  машина рассчитана и для которого она предназначена предприятием-изготовителем, называют номинальным. Номинальный  режим указывают на заводском  щите машины.

Номинальная мощность электрических  машин (выражаемая в ваттах, киловаттах и мегаваттах) для генераторов  постоянного тока — полезная

мощность на зажимах машины; для  генераторов переменного тока —  полная электрическая мощность при  номинальном коэффициенте мощности; для электродвигателей — полезная механическая мощность на валу.

Напряжение, соответствующее номинальному режиму работы электрической машины является номинальным. Номинальное  напряжение трехфазной электрической  машины является междуфазным (линейным) напряжением.

Номинальный ток —  это ток, соответствующий номинальному режиму работы электрической машины.

Номинальные условия применения электрической  машины обычно оговорены в стандарте  или ТУ на данную машину.

Частоту вращения, соответствующую  работе электрической машины при номинальных напряжении, мощности, частоте тока и условиях применения, называют номинальной.

Коэффициентом полезного действия (кпд) является отношение полезной (отдаваемой) активной мощности электрической машины к затрачиваемой (подводимой) активной мощности.

Нагрузкой электрической машины называют мощность, которую она развивает  в данный момент времени, а перегрузкой  — превышение фактической нагрузки машины над ее номинальной нагрузкой. Перегрузку выражают в процентах  или долях номинальной нагрузки.

Рабочая температура активной час; я электрической машины — установившаяся температура этой части, соответствующая  номинальному, режиму работы при неизменной номинальной температуре охлаждающей  среды. Превышением температуры  отдельной части электрической машины называют разность между температурой этой части и охлаждающей среды.

Электрические машины бывают одностороннего и двустороннего направления  вращения. Электрические машины одностороннего вращения могут иметь правое или  левое направление вращения. Правым направлением вращения машины с односторонним приводом считается вращение по часовой стрелке, если смотреть на машину со стороны присоединение ее к первичному двигателю или рабочему механизму, левым соответственно будет направление вращения электрической машины против часовой стрелки.

Электрическая машина обладает свойством  обратимости, т.е. способностью работать в режиме генератора электрического тока, если привести ее в движение каким-либо первичным двигателем, и, наоборот, в режиме электродвигателя, если подвести к ней электрическое напряжение. Электрическая машина, работающая в качестве двигателя, преобразует подводимую к ней электрическую энергию в механическую, используемую для приведения в действие различных механизмов и станков.

Эта же машина может вырабатывать электрическую энергию, если будет  приведена в действие двигателем внутреннего сгорания или паровой  турбиной и возбуждена от постороннего источника электроэнергии, т. е. будет работать в режиме генератора.

 Однако каждая электрическая машина, выпускаемая электромашиностроительным заводом, обычно предназначается для одного определенного режима работы — режима генератора или электродвигателя. ,

По принципу действия различают синхронные и асинхронные  электрические машины переменного и постоянного тока.

Электрическую машину переменного  тока, частота вращения которой находится  в строго постоянном соотношении  с частотой вращения магнитного поля или частотой сети, называют синхронной. Основными частями синхронной машины являются статор, несущий обмотку переменного тока, и ротор, на котором размещена обмотка возбуждения, питаемая через контактные кольца постоянным током от возбудителя или через выпрямители.

Синхронные машины выпускают  с явнополюсным и неявнополюсным ротором и используют в современном производстве в качестве двигателей при необходимости постоянной частоты вращения, а на электростанциях и в электроустановках — в качестве синхронных генераторов и компенсаторов.

Электрическую машину переменного  тока, у которой частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки, называют асинхронной. Асинхронные двигатели бывают коллекторные и бесколлекторные. Преимущественное распространение получили бесколлекторные асинхронные электрические машины, применяемые, там, где не требуется постоянная частота вращения. Асинхронные бесколлекторные электродвигатели бывают двух исполнений — с короткозамкнутым и фазным роторами.

Асинхронные двигатели  с фазным ротором имеют обмотку  и снабжены контактными кольцами, установленными на одном валу с ротором. Преимущества электродвигателей с фазным ротором перед двигателями с короткозамкнутым состоят главным образом в том, что они позволяют регулировать в широких пределах пусковой момент, силу пускового тока и частоту вращения. Асинхронные двигатели с фазным ротором используют для привода механизмов, требующих регулировки частоты вращения, а также в нерегулируемом приводе с тяжелыми условиями пуска, например, подъемно-транспортных механизмов.

Электрические машины постоянного тока применяют в качестве первичных двигателей и генераторов постоянного тока.

 

 

 

 

 

 

Машина постоянного  тока состоит из неподвижной станины  с главными и добавочными полюсами, вращающегося якоря с обмоткой и  коллектором, подшипниковых щитов  и траверсы с щеткодержателями. Машина обратима, т. е. может работать в режиме двигателя или генератора (например, двигатели электрифицированного транспорта).

По способу питания обмотки  возбуждения генераторы постоянного  тока бывают с независимым возбуждением, в которых питание подается в эту обмотку от постороннего источника тока (выпрямителя, аккумулятора, сети постоянного тока), и с самовозбуждением, в которых питание подается от самого генератора. В зависимости от способа соединения обмоток возбуждения с обмоткой якоря различают электрические машины постоянного тока: параллельного возбуждения или шунтовые; последовательного возбуждения; смешанного возбуждения, имеющие на общих главных полюсах две (параллельную и последовательную) обмотки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Основные виды электрических машин

 

Классификация по назначению. Электрические машины по назначению подразделяют на следующие виды:

электромашинные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую. Их устанавливают на электрических станциях и различных транспортных установках: автомобилях, самолетах, тепловозах, кораблях, передвижных электростанциях и др. На электростанциях они приводятся во вращение с помощью мощных паровых и гидравлических турбин, а на транспортных установках - от двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. В ряде случаев генераторы используют в качестве источников питания в установках связи, устройствах автоматики, измерительной техники и пр.;

электрические двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую; они приводят во вращение различные машины, механизмы и устройства, применяемые в промышленности, сельском хозяйстве, связи, на транспорте, в военном деле и быту. В современных системах автоматического управления их используют в качестве исполнительных, регулирующих и программирующих органов;

электромашинные преобразователи, преобразующие переменный ток в постоянный и, наоборот, изменяющие величину напряжения переменного и постоянного тока, частоту, число фаз и др. Их широко используют в промышленности, на транспорте и в военном деле, хотя в последнее десятилетие роль электромашинных преобразователей существенно уменьшилась вследствие применения статических полупроводниковых преобразователей;

электромашинные компенсаторы, осуществляющие генерирование реактивной мощности в электрических установках для улучшения энергетических показателей источников и приемников электрической энергии;

электромашинные усилители, используемые для управления объектами относительно большой мощности посредством электрических сигналов малой мощности, подаваемых на их обмотки возбуждения (управления).

Роль электромашинных  усилителей в последнее время  также уменьшилась из-за широкого применения усилителей, выполненных  на полупроводниковых элементах (транзисторах, тиристорах);

электромеханические преобразователи сигналов, генерирующие, преобразующие и усиливающие различные сигналы. Их выполняют обычно в виде электрических микромашин и широко используют в системах автоматического регулирования, измерительных и счетно-решающих устройствах в качестве различных датчиков, дифференцирующих и интегрирующих элементов, сравнивающих и регулирующих органов и др.

 

Классификация по роду тока и принципу действия. Электрические машины по роду тока делят на машины переменного и постоянного тока. Машины переменного тока в зависимости от принципа действия и особенностей электромагнитной системы подразделяют на трансформаторы, асинхронные, синхронные и коллекторные машины.

Трансформаторы широко применяют для преобразования напряжения: в системах передачи и распределения электрической энергии, в выпрямительных установках, устройствах связи, автоматики и вычислительной техники, а также при электрических измерениях (измерительные трансформаторы) и функциональных преобразованиях (вращающиеся трансформаторы).

Асинхронные машины используют главным образом в качестве электрических двигателей трехфазного тока. Простота устройства и высокая надежность позволяют применять их в различных отраслях техники для привода станков, грузоподъемных и землеройных машин, компрессоров, вентиляторов и пр. В системах автоматического регулирования широко используют одно- и двухфазные управляемые асинхронные двигатели, асинхронные тахогенераторы, а также сельсины.

Синхронные машины применяют в качестве генераторов переменного тока промышленной частоты на электрических станциях и генераторов повышенной частоты в автономных источниках питания (на кораблях, самолетах и т. п.). В электрических приводах большой мощности применяют также синхронные электродвигатели. В устройствах автоматики широко используют различные синхронные машины малой мощности (реактивные, с постоянными магнитами, гистерезисные, шаговые, индукторные и пр.).

Коллекторные машины переменного тока используют сравнительно редко и главным образом в качестве электродвигателей. Они имеют сложную конструкцию и требуют тщательного ухода. В устройствах автоматики, а также в различного рода электробытовых приборах применяют универсальные коллекторные двигатели, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.

Машины постоянного тока применяют в качестве генераторов и электродвигателей в устройствах электропривода, требующих регулирования частоты вращения в широких пределах: железнодорожный и морской транспорт, прокатные станы, электротрансмиссии большегрузных автомобилей, грузоподъемные и землеройные машины, сложные металлообрабатывающие станки и пр., а также в тех случаях, когда источниками электрической энергии для питания электродвигателей служат аккумуляторные батареи (стартерные двигатели, двигатели  подводных  лодок,  космических   кораблей  и  т. п.).

Генераторы постоянного  тока часто применяют для питания  устройств связи, зарядки аккумуляторных батарей, в качестве основных источников питания на транспортных установках (автомобилях, самолетах, тепловозах, пассажирских вагонах).

Однако в последнее  время генераторы постоянного тока заменяются генераторами переменного тока, работающими совместно с полупроводниковыми выпрямителями.

В системах автоматического  регулирования машины постоянного  тока широко используют в качестве электромашинных усилителей, исполнительных двигателей и тахогенераторов.

В зависимости от назначения электрические микромашины автоматических устройств подразделяются на следующие  группы:

силовые микродвигатели, приводящие во вращение различные механизмы автоматических устройств, самопишущих приборов и пр.;

управляемые (исполнительные) двигатели, преобразующие подводимый к ним электрический сигнал в механическое перемещение вала, т. е. отрабатывающие определенные команды;

тахогенераторы, преобразующие механическое вращение вала в электрический сигнал - напряжение, пропорциональное частоте вращения вала;

вращающиеся трансформаторы, дающие на выходе напряжение, пропорциональное той или иной функции угла поворота ротора, например синусу или косинусу этого угла или самому углу;

машины синхронной связи (сельсины, магнесины), осуществляющие  синхронный  и  синфазный  поворот  или  вращениенескольких   механически   не   связанных   между   собой   осей;

микромашины гироскопических приборов (гироскопические двигатели, датчики угла, датчики момента), осуществляющие вращение роторов гироскопов с высокой частотой и коррекцию их положения;

электромашинные преобразователи и усилители.

Электрические микромашины  первых двух групп часто называют силовыми, а третьей - пятой групп - информационными.

Классификация по мощности. Электрические машины по мощности условно подразделяют на микромашины, машины малой, средней и большой мощности.

Микромашины имеют мощность от долей ватта до 500 Вт. Эти машины работают как на постоянном, так и на переменном токе нормальной и повышенной (400 - 2000 Гц) частоты.

Машины малой мощности - от 0,5 до 10 кВт. Они работают как на постоянном, так и на переменном токе нормальной или повышенной частоты.

Машины средней мощности - от 10 кВт до нескольких сотен киловатт .

Машины большой мощности - свыше нескольких сотен киловатт.

Машины большой и  средней мощности обычно предназначают  для работы на постоянном или переменном токе нормальной частоты.

Классификация по частоте вращения. Электрические машины по частоте вращения условно подразделяют на: тихоходные - с частотами вращения до 300 об/мин; средней быстроходности - 300-1500 об/мин; быстроходные - 1500 - 6000 об/мин; сверхбыстроходные - свыше 6000 об/мин. Микромашины выполняют для частот вращения от нескольких оборотов в минуту до 60000 об/мин; машины большой и средней мощности - обычно до 3000 об/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Армейский Е. В., Фалк  Г. Б. Электрические микромашины. Издание второе, переработанное и дополненное. Учебное пособие для электротехнических специальностей вузов. Москва, Издательство Высшая школа, 2010

2. Деро А. Р. Неполадки в работе асинхронного двигателя. Ленинград, Издательство Энергия, 2009

3. Кацман М. М. Расчет и конструирование электрических машин: Учебное пособие для техникумов. Москва, Издательство Энергоатомиздат, 2008

4. Китаев В. Е., Корхов  Ю. М., Свирин В. К. Электрические машины. Часть 1. Машины постоянного тока. Трансформаторы: Учебное пособие для техникумов. Москва, Издательство Высшая школа, 2008