коллекторные машины:

• от постоянного тока (больше витков)

• от переменного тока (меньше витков)

асинхронные машины:

• 3х фазные

• 2х фазные

• Однофазные

4. по назначению:

   • электрические двигатели (эл в мех)

   • электрические генераторы (мех в эл)

19. Асинхронные двигатель, устройство, принцип действия. Условия образования вращающегося магнитного поля.

Относится к классу электрических машин переменного тока. Обратим, т.е. может работать или в режиме двигателя, или в режиме генератора, если в их магнитной цепи будет возбуждено магнитное поле.

Состоит из подвижной части - вращающийся ротор (стальной вал, состоящий из сердечника, который набирается из отдельных запрессованных листов электротехнической стали; обмотка ротора двух типов, в соответствии с которыми различают двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором) и неподвижной - статор (корпус, внутри которого сердечник - полый цилиндр из тонких, изолированных листов электротехнической стали; на внутренней стороне сердечника имеются пазы, в которых размещается обмотка статора, которая питается от цепи трёхфазного тока; в результате этого внутри цилиндра образуется вращающееся магнитное поле). Обмотка статора состоит из отдельных секций, располагающихся по окружности сердечника так, что сдвиг между фазами . Каждая фаза состоит из параллельных и последовательных обмоток, число которых = числу пар полюсов машины.

Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с током, индуцируемыми в цепи ротора. Вращающееся магнитное поле возникает при подключении фаз обмотки статора, сдвинутых в пространстве на , к трёхфазной сети, токи фаз которой смещены во времени относительно друг друга на 120 эл. градусов. Частота вращения поля:

n₀=60f₁/P,

f₁ – частота тока статора, P – число пар полюсов двигателя

20. Режимы работы асинхронной машины. Скольжение. Электромагнитные процессы во вращающемся роторе: f2 x2 e2

О тносится к классу электрических машин переменного тока. Обратим, т.е. может работать или в режиме двигателя, или в режиме генератора, если в их магнитной цепи будет возбуждено магнитное поле.

Состоит из подвижной части - вращающийся ротор (стальной вал, состоящий из сердечника, который набирается из отдельных запрессованных листов электротехнической стали; обмотка ротора двух типов, в соответствии с которыми различают двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором) и неподвижной - статор (корпус, внутри которого сердечник - полый цилиндр из тонких, изолированных листов электротехнической стали; на внутренней стороне сердечника имеются пазы, в которых размещается обмотка статора, которая питается от цепи трёхфазного тока; в результате этого внутри цилиндра образуется вращающееся магнитное поле). Обмотка статора состоит из отдельных секций, располагающихся по окружности сердечника так, что сдвиг между фазами . Каждая фаза состоит из параллельных и последовательных обмоток, число которых = числу пар полюсов машины.

Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с током, индуцируемыми в цепи ротора. Вращающееся магнитное поле возникает при подключении фаз обмотки статора, сдвинутых в пространстве на , к трёхфазной сети, токи фаз которой смещены во времени относительно друг друга на 120 эл. градусов. Частота вращения поля: n₀=60f₁/P,

f₁ – частота тока статора, P – число пар полюсов двигателя

Может работать в трёх режимах: двигателя, генератора и э/м тормоза.

1. режим двигателя:

если скорость вращения ротора искусственно увеличить до синхронной скорости при помощи постороннего двигателя.

2. режим генератора:

в этом режиме работает асинхронная машина, ротор которой вращается в направлении вращения магнитного поля со скоростью, превышающей скорость поля.

3) режим э/м тормоза:

Работает тогда, когда её ротор и магнитное поле вращаются в разных направлениях.

Скольжение – безразмерная величина, определяемая отношением разности скоростей вращения магнитного поля и ротора к скорости вращения поля:

S=

- скорость скольжения

Величина скольжения, выраженная через линейные скорости V₀ и V движения поля и ротора относительно статора или через частоты вращения поля n₀ и ротора n:

S= V₀-V/V₀=V_S/V₀=n₀-n/n₀=n_S/n₀

V_S=V₀-V – линейная скорость скольжения

n_S=n₀-n – частота скольжения

n₀=60f₁/P,

f₁ – частота тока статора, P – число пар полюсов двигателя

в асинхронных машинах ЭДС создаются и во вращающейся, и в неподвижной обмотках.

Частота основной ЭДС ротора изменяется прямо пропорционально скольжению, т.е. она зависит от нагрузки машины:

f₁=pn_S/60 – в обмотке статора

f₂=pn_S/60=(pn₀/60)S=f₁S

Действующие значения основных ЭДС E₁ и Е_2S в фазах обмоток статора и ротора будут пропорциональны соответствующим амплитудам ЭДС Е^’_m и Е^”_m отдельных проводников. Они будут пропорциональны как линейным скоростям V₀ и V_S движения поля относительно проводников статора и ротора, так и максимальной индукции B_m основного поля:

E₁=k_1EV₀B_m

Е_2S=k_2EV_SB_m

k_1E, k_2E – постоянные, зависящие от размеров витков, их числа в фазе обмоток и расположения катушек в пазах магнитопроводов.

B_m= ,

E₁=с_1Е

E₂=с_2Е

с_1Е, с_2Е - постоянные, зависящие от устройств и размеров обмоток.

Т.к. = S, то:

Е_2S=Е₂S – действующее значение ЭДС Е_2S в фазе вращающегося ротора прямо пропорционально скольжению.

Е₂ - действующее значение ЭДС Е_2S в фазе неподвижного ротора (при S=1).

Отношение действующего значения ЭДС рассеяния (гармоническая ЭДС: ) статора к действующему значению тока в фазе статора – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора:

x₁= - не зависит от режима работы машины, const

ЭДС рассеяния ротора:

Отношение действующих значений ЭДС рассеяния ротора и тока в роторе – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора:

x_2S= - зависит от режима работы машины: при неподвижном роторе (S=1) x₂= ; при вращающемся со скольжением S роторе его индуктивное сопротивление рассеяния изменяется пропорционально скольжению:

x_2S= x₂S

21. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя: потери, рэм, рмех

О тносится к классу электрических машин переменного тока. Обратим, т.е. может работать или в режиме двигателя, или в режиме генератора, если в их магнитной цепи будет возбуждено магнитное поле.

Состоит из подвижной части - вращающийся ротор (стальной вал, состоящий из сердечника, который набирается из отдельных запрессованных листов электротехнической стали; обмотка ротора двух типов, в соответствии с которыми различают двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором) и неподвижной - статор (корпус, внутри которого сердечник - полый цилиндр из тонких, изолированных листов электротехнической стали; на внутренней стороне сердечника имеются пазы, в которых размещается обмотка статора, которая питается от цепи трёхфазного тока; в результате этого внутри цилиндра образуется вращающееся магнитное поле). Обмотка статора состоит из отдельных секций, располагающихся по окружности сердечника так, что сдвиг между фазами . Каждая фаза состоит из параллельных и последовательных обмоток, число которых = числу пар полюсов машины.

Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с током, индуцируемыми в цепи ротора. Вращающееся магнитное поле возникает при подключении фаз обмотки статора, сдвинутых в пространстве на , к трёхфазной сети, токи фаз которой смещены во времени относительно друг друга на 120 эл. градусов. Частота вращения поля:

n₀=60f₁/P,

f₁ – частота тока статора, P – число пар полюсов двигателя

; ; ;

Диаграмма преобразования энергии в АД:

22. Схема замещения асинхронного двигателя: потери в стали и меди, Р₁, Р_ЭМ, Р_МЕХ

О тносится к классу электрических машин переменного тока. Обратим, т.е. может работать или в режиме двигателя, или в режиме генератора, если в их магнитной цепи будет возбуждено магнитное поле.

Состоит из подвижной части - вращающийся ротор (стальной вал, состоящий из сердечника, который набирается из отдельных запрессованных листов электротехнической стали; обмотка ротора двух типов, в соответствии с которыми различают двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором) и неподвижной - статор (корпус, внутри которого сердечник - полый цилиндр из тонких, изолированных листов электротехнической стали; на внутренней стороне сердечника имеются пазы, в которых размещается обмотка статора, которая питается от цепи трёхфазного тока; в результате этого внутри цилиндра образуется вращающееся магнитное поле). Обмотка статора состоит из отдельных секций, располагающихся по окружности сердечника так, что сдвиг между фазами . Каждая фаза состоит из параллельных и последовательных обмоток, число которых = числу пар полюсов машины.

Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с током, индуцируемыми в цепи ротора. Вращающееся магнитное поле возникает при подключении фаз обмотки статора, сдвинутых в пространстве на , к трёхфазной сети, токи фаз которой смещены во времени относительно друг друга на 120 эл. градусов. Частота вращения поля:

n₀=60f₁/P,

f₁ – частота тока статора, P – число пар полюсов двигателя

; ; ;

23. Электромагнитный момент асинхронного двигателя, механическая характеристика. Расчёт механической характеристики по паспортным данным.

О тносится к классу электрических машин переменного тока. Обратим, т.е. может работать или в режиме двигателя, или в режиме генератора, если в их магнитной цепи будет возбуждено магнитное поле.

Состоит из подвижной части - вращающийся ротор (стальной вал, состоящий из сердечника, который набирается из отдельных запрессованных листов электротехнической стали; обмотка ротора двух типов, в соответствии с которыми различают двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором) и неподвижной - статор (корпус, внутри которого сердечник - полый цилиндр из тонких, изолированных листов электротехнической стали; на внутренней стороне сердечника имеются пазы, в которых размещается обмотка статора, которая питается от цепи трёхфазного тока; в результате этого внутри цилиндра образуется вращающееся магнитное поле). Обмотка статора состоит из отдельных секций, располагающихся по окружности сердечника так, что сдвиг между фазами . Каждая фаза состоит из параллельных и последовательных обмоток, число которых = числу пар полюсов машины.

Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с током, индуцируемыми в цепи ротора. Вращающееся магнитное поле возникает при подключении фаз обмотки статора, сдвинутых в пространстве на , к трёхфазной сети, токи фаз которой смещены во времени относительно друг друга на 120 эл. градусов. Частота вращения поля:

n₀=60f₁/P,

f₁ – частота тока статора, P – число пар полюсов двигателя

В результате взаимодействия тока ротора с магнитным полем создаются э/м силы, действующие на ротор, а на валу двигателя возникает момент, пропорциональный магнитному потоку, току ротора и cos сдвига фаз между током и ЭДС:

M=cФI₂cos

Вывод:

Р_ЭМ=М

M= /(s )

=3E₂I₂cos =3E₂I_2A(при короткозамкнутом роторе вся энергия, переданная в его обмотку, переходит в тепло),

E₂=k_2ОБ - ЭДС ротора

М=

Механическая характеристика , =(1-s)

Устойчивая работа двигателя возможна на участке (М М_m), где проявляется свойство его саморегулирования. При работе в точке Р пересечения механической характеристики двигателя с характеристикой противодействующего момента M_прА случайное изменение величины M_пр вызывает переходный процесс, и машина будет продолжать работу. При работе в точке Q пересечения механической характеристики двигателя с характеристикой M_прВ внезапный рост противодействующего момента также вызывает торможение двигателя и увеличение скольжения. Но при этом вращающий момент уменьшится. В результате двигатель остановится. Номинальный момент M_ном определяет предельно допустимый момент на валу двигателя при длительной неизменной нагрузке. Тепловой режим двигателя нормального исполнения рассчитывают для этой нагрузки. Отношение М_m/M_ном обычно выбирают равным 2-2,5 с учётом возможности ударных кратковременных нагрузок при пониженном напряжении сети.

24. Способы пуска асинхронного двигателя. Регулирование частоты вращения.

Относится к классу электрических машин переменного тока. Обратим, т.е. может работать или в режиме двигателя, или в режиме генератора, если в их магнитной цепи будет возбуждено магнитное поле.

Состоит из подвижной части - вращающийся ротор (стальной вал, состоящий из сердечника, который набирается из отдельных запрессованных листов электротехнической стали; обмотка ротора двух типов, в соответствии с которыми различают двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором) и неподвижной - статор (корпус, внутри которого сердечник - полый цилиндр из тонких, изолированных листов электротехнической стали; на внутренней стороне сердечника имеются пазы, в которых размещается обмотка статора, которая питается от цепи трёхфазного тока; в результате этого внутри цилиндра образуется вращающееся магнитное поле). Обмотка статора состоит из отдельных секций, располагающихся по окружности сердечника так, что сдвиг между фазами . Каждая фаза состоит из параллельных и последовательных обмоток, число которых = числу пар полюсов машины.

Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с током, индуцируемыми в цепи ротора. Вращающееся магнитное поле возникает при подключении фаз обмотки статора, сдвинутых в пространстве на , к трёхфазной сети, токи фаз которой смещены во времени относительно друг друга на 120 эл. градусов. Частота вращения поля:

n₀=60f₁/P,

f₁ – частота тока статора, P – число пар полюсов двигателя

Способы пуска:

1. прямой пуск от полного напряжения сети (с короткозамкнутым ротором):

улучшение пусковых свойств достигается за счёт некоторого ухудшения коэффициента мощности при номинальном режиме.

2. переключение обмоток со звезды на треугольник:

пуск на звезду и после разгона пускают на треугольник (переключение обмоток на треугольник).

3. реакторный пуск (для высоковольтных двигателей).

4. автотрансформаторный пуск.

Регулирование частоты вращения:

1) изменение напряжение сети;

2) зависимость э/м момента от S;

3) изменение сопротивления в цепи ротора:

4) изменение числа пар полюсов:

S= V₀-V/V₀=V_S/V₀=n₀-n/n₀=n_S/n₀

V_S=V₀-V – линейная скорость скольжения

n_S=n₀-n – частота скольжения

n₀=60f₁/P,

f₁ – частота тока статора, P – число пар полюсов двигателя

25. Синхронные машины. Устройство, схема замещения фазы в генераторном и двигательном режиме и векторные диаграммы.

Синхронная машина – электрическая машина переменного тока, в которой ротор и магнитное поле токов статора вращаются синхронно, т.е. с одной и той же скоростью. Обратимы, т.е. могут работать в режимах и генератора, и двигателя.

Состоит из неподвижной части – статор (корпус, внутри которого – сердечник; в пазах сердечника – 3х фазная обмотка) и подвижной - вращающийся ротор (имеет обмотку возбуждения и дополнительную пусковую обмотку, состоящую из стержней, замкнутых по торцам накоротко).

Принцип работы основан на взаимодействии магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле статора возникает при включении двигателя в 3х фазную цепь. Магнитное поле ротора создаётся обмоткой возбуждения при её подключении через кольца на валу двигателя к источнику постоянного тока. При взаимодействии 2х полей создаётся момент.

-уравнение статорной цепи двигателя (для одной фазы),

, т.к. вектор перпендикулярен вектору , следовательно, вектору тока . х – синхронное сопротивление машины.

Схема замещения и упрощенная векторная диаграмма синхронного двигателя:

-уравнение электрического состояния фазы СГ, которому соответствует схема замещения фазы. Синхронный генератор – источник ЭДС, внутреннее сопротивление которого имеет индуктивный характер.

Схема замещения фазы и векторная диаграмма синхронного генератора:

[Типа вывода: в генераторе направление тока и ЭДС совпадают, а в двигателе - противоположно направлены].

26. Электромагнитная мощность и электромагнитные момент синхронной машины.

27. Синхронный генератор. Характеристика холостого хода и внешние характеристики. Условия включения синхронного генератора в сеть.

Зависимость напряжения от тока возбуждения

Условия включения в сеть:

1) работает на автономную нагрузку;

2) пуск в асинхронном режиме;

3) цепь замыкается на резистор;

28. Угловые и механические характеристики синхронного двигателя. Регулирование реактивной мощности. U-образные характеристики. Особенности пуска.

При наложении полей ротора и статора образуется результирующее поле, магнитные линии которого пересекают воздушный зазор. На внутренней поверхности статора образуются полюсы N-S, перемещающиеся с угловой скоростью . С той же скоростью вращаются и полюсы ротора , отставая от полюсов на угол . Угловая характеристика – зависимость М( ).

Угловые характеристики синхронного двигателя:

В синхронной машине постоянный ток ротора (ток возбуждения) создаётся независимым источником питания, поэтому его можно произвольно регулировать, воздействуя тем самым на поле машины. Это создаёт новые возможности регулирования реактивной мощности (намагничивающей) составляющей тока статора, что позволяет изменять реактивную мощность и, следовательно, коэффициент мощности машины при заданной нагрузке, на валу.

Для количественной оценки регулирования реактивной составляющей тока статора с помощью тока возбуждения используют U-образные характеристики, выражающие зависимость I(I_B) при неизменном моменте на валу M=const. эти характеристики снимают экспериментально или строят на основе графо-аналитических расчётов с помощью векторных диаграмм.

Зависимость I(I_B) при М=0:

Особенности пуска:

Пуск двигателя в ход состоит из 2-х этапов:

• Асинхронный набор частоты вращения при отсутствии возбуждения постоянным током

• Втягивание в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. При подключении статора к сети быстро вращающееся магнитное поле токов статора действует на неподвижный, возбуждённый постоянным током ротор со знакопеременной силой, не создающей среднего момента, и он остаётся неподвижным.

Э/м момент может заставить ротор преодолеть инерцию и следовать за магнитным полем статора – втянуться в синхронизм, если полюсы магнитного поля токов статора будут достаточно медленно перемещаться относительно полюсов ротора. Это состояние возникнет, если предварительно разогнать ротор до скорости, близкой к синхронной. Для разгона современных синхронных двигателей их роторы снабжают специальной пусковой асинхронной обмоткой типа «беличье колесо».

Когда ротор достигает скорости, близкой к синхронной, его возбуждают постоянным током, и он втягивается в синхронизм.

Пусковая механическая характеристика синхронного двигателя:

Перед пуском обмотку возбуждения ротора замыкают на резистор с большим активным сопротивлением. Если обмотку оставить разомкнутой, то в начале пуска индуцированное напряжение на её выводах увеличится в 20-30 раз по сравнению с номинальным, что приведёт к пробою изоляции. Обычно пуск синхронных двигателей автоматизирован.

29. Машины постоянного тока. Устройство. Способы возбуждения. Внешние характеристики генераторов постоянного тока в зависимости от возбуждения.

Электрические машины постоянного тока (двигатели, генераторы) находят широкое применение в различных областях техники. Основное достоинство двигателей постоянного тока заключается в возможности плавного регулирования частоты вращения и получение больших пусковых моментов. Общим недостатком электрических машин постоянного тока является их конструктивная сложность, связанная главным образом со щеточно-коллекторным аппаратом. При определенных неблагоприятных условиях щетки могут искрить, что снижает надежность работы и требует надзора и ухода за машиной. Существенным недостатком применения двигателей постоянного тока является необходимость предварительного преобразования для них электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока.

Устройство:

Машина постоянного тока (далее МПТ) в основном состоит из неподвижной части, служащей для возбуждения главного магнитного поля, и вращающейся части, в которой индуктируется ЭДС. Токи от этой ЭДС, взаимодействуя с главным магнитным полем, создают тормозной момент в генераторном режиме и вращающий момент в двигательном.

Неподвижная часть состоит из станины, на которой укрепляются главные полюсы для возбуждения главного магнитного потока и дополнительные для улучшения коммутации в машине.

Главный полюс состоит из сердечника полюса, набранного из листовой стали и укрепленного болтами не станине, и катушки обмотки возбуждения.

Станина является ярмом машины, т.е. частью, замыкающей магнитную цепь главного потока. Она изг-ся из литой стали, так как магнитный потокв ней относительно постоянен.

Якорем называют часть машины, в обмотке которой при вращении ее относительно главного магнитного поля индуктируется ЭДС. Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком. (рис. 13.3 а)

Характерной частью электрических машин постоянного тока является коллектор. Это полый цилиндр. Собранный из изолированных друг от друга клинообразных медных пластин (рис. 13.5) Пластины коллектора изолированы также от вала машины. Проводниками 2 они соединяются с витками обмотки, размещенных в пазах якоря. Вращающаяся обмотка соединяется с внешней цепью скользящим контактом между щетками и коллектором.

Способы возбуждения:

Важнейшим классификационным признаком МПТ является способ возбуждения главного магнитного поля. Одним из них является использование постоянных магнитов на полюсах машины. Во многих современных машинах главное магнитное поле возбуждается с помощью электромагнитов.

Все рабочие характеристики МПТ при работе, как в режиме генератора, так и в режиме двигателя зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря. Соединение этих цепей может быть параллельным, последовательным, смешанным и, цепи эти могут быть независимы одна от другой, в соответствии, с чем принято различать параллельное, последовательное, смешанное и независимое возбуждение машин.

В машинах с независимым возбуждением обмотка возбуждения подключается к независимому источнику электроэнергии, благодаря чему ток в ней не зависит от напряжении на выводах якоря машины.

У машин с парал-м возбуждением цепь обмотки возбуждения соединяется парал-но с цепью якоря. В этом случае ток возбуждения во много раз меньше тока якоря, а напряжение между выводами цепей якоря и возбуждение одно и тоже.

У машин с последовательным возбуждением ток якоря равен току обмотки возбуждения, поэтому она выполняется проводом большого сечения.

В машинах со смешанным возбуждением на каждом полюсном сердечнике расположены две обмотки.

Зависимость напряжения генератора от тока якоря при неизменных токе возбуждения и частоте вращения называется внешней характеристикой.

У генератора с параллельным возбуждением часть тока якоря служит для возбуждения основного магнитного поля машины.

Внешняя характеристика при парал-ом возбуждении генератора (a) идет значительно ниже, чем при независимом возбуждении (b). Причиной этому является уменьшение тока возбуждения при понижении напряжения, так как

В генераторе с последовательном возбуждением якорь соединен последовательно с обмоткой возбуждения, благодаря чему ток нагрузки является вместе с тем током возбуждения. Напряжение этого генератора сначала возрастает с увеличением тока якоря. Затем вид характеристики начинает изменяться из-за магнитного насыщения и размагничивающего действия реакции якоря. В результате напряжение генератора при дальнейшем возрастании нагрузки уменьшается.

Генератор со смешанным возбуждением имеет 2 обмотки возбуждения: параллельную и последовательную У такого генератора напряжение остается практически постоянным при изменениях нагрузки в определенных пределах.

Генераторы последовательного возбуждения имеют внешнюю характеристику, сходную с характеристикой холостого хода. Их применяют лишь в особых случаях.

30. Двигатель постоянного тока. Электромагнитный момент. Механическая характеристика. Пуск дпт. Регулирование частоты вращения.

Двигатели постоянного тока допускают плавное регулирование скорости вращения и создают большой момент при пуске. Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую энергию вращения.

F=BI -э/м сила, действующая на провод с током в магнитном поле

I_a=I_Я/2a – ток параллельной ветви

Все силы направлены одинаково по касательным к окружности якоря.

М₁= -момент от сил одного полюса по закону Ампера

Общий момент машины в 2р раз меньше М₁:

М= или М=с_МI_ЯФ

Электромагнитный момент машины постоянного тока пропорционален току якоря и результирующему потоку полюса машины.

Зависимость установившейся угловой скорости от момента на валу двигателя при постоянном напряжении и сопротивлении – механическая характеристика двигателя:

Уравнение механической характеристики:

Пуском называют процесс разгона якоря двигателя от неподвижного состояния до установившегося значения скорости.

Пуск ДПТ:

1. прямой (обмотка якоря непосредственно подключена к сети);

2. реостатный (с помощью пускового реостата, который включается в цепь якоря и ограничивает ток при пуске);

3. при пониженном напряжении (подводимом к якорю от источника с регулируемым напряжением);

Регулирование скорости двигателя:

1. реостатное (включением реостата в цепь обмотки якоря);

2. полюсное (изменением магнитного потока);

3. якорное (изменением питающего напряжения);

48