14. Сравнение асинхронных машин и трансформаторов

В асинхронном двигателе роль вторичной обмотки трансформатора играет роторная обмотка, а статорная является первичной обмоткой. Несмотря на то, что между обмотками статора и ротора асинхронной машины осуществляется постоянная трансформаторная связь, аналогия между асинхронным двигателем и трансформатором далеко не полная. Основные отличия состоят в следующем:

1) В трансформаторе обмотка каждой фазы расположена на отдельном стержне, а распределённые фазные обмотки асинхронного двигателя имеют пространственный сдвиг и заложены в пазах одного якорного сердечника. Вследствие этого в сердечнике асинхронной машины поток вращается, а в сердечнике трансформатора пульсирует.

2) В трансформаторе нагрузка присоединяется к вторичной обмотке, в двигателе вторичная обмотка замкнута накоротко и в результате взаимодействия её тока с вращающимся потоком (полем) машины создаётся электромагнитный момент, который уравновешивается моментом нагрузки на валу.

3) В трансформаторе первичная и вторичная обмотки неподвижны, у асинхронной машины обмотка ротора перемещается относительно обмотки статора, в результате чего величина и частота ЭДС ротора переменны, зависят от скольжения s.

4) В обмотках вращающегося асинхронного двигателя происходит преобразование частоты и числа фаз. В результате взаимодействия вращающихся неподвижных друг относительно друга полей статора и ротора происходит преобразование электрической энергии в механическую.

5) В магнитопроводе асинхронной машины имеется большой воздушный зазор, вследствие чего величина намагничивающего тока и параметры, характеризующие ветвь намагничивания у асинхронной машины и трансформатора, различны. Ток ХХ асинхронного двигателя достигает 30-35%, а у силового трансформатора – 3-7% от номинала.

Таким образом, мы видим, что асинхронный двигатель представляет собой своего рода трансформатор, вторичная обмотка которого находится в непрерывном вращательном движении.

15.Синхронные машины. Ротор синхронной машины.

Устройство синхронных машин. Синхронные машины вне зависимости от режима работы состоят из двух основных частей: неподвижного статора, выполняющего функции якоря и ротора, вращающегося внутри статора и служащего индуктором (рис. 4.1).

Статор синхронной машины (СМ) называется якорем. На статоре расположена трехфазная обмотка, равномерно распределенная по пазам (обмотка якоря). Число полюсов обмотки статора равно числу полюсов ротора [1].

Ротор СМ называется индуктором и имеет обмотку возбуждения (ОВ), питаемую постоянным током . Токоподвод осуществляется через два контактных кольца и щетки.

С татор трехфазной синхронной машины аналогичен статору трехфазного асинхронного двигателя. Он состоит из корпуса /, цилиндрического сердечника 2, набранного из отдельных пластин электротехнической стали, и трехфазной обмотки 3, уложенной в пазы сердечника.

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит постоянного тока, который создает магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. Ротор имеет обмотку возбуждения 4, которая через специальные контактные кольца 5 питается постоянным током от выпрямителя или от небольшого генератора постоянного тока, называемого возбудителем.

В отечественной энергетике также используются синхронные машины с «бесщеточным» возбуждением. Обмотка ротора таких машин питается от выпрямителя, вращающегося вместе с ротором. Выпрямитель в свою очередь получает питание от возбудителя, имеющего вращающуюся вместе с ротором трехфазную обмотку, возбуждаемую неподвижными постоянными магнитами.

Роторы синхронных машин бывают двух типов: с явно выраженными и неявно выраженными полюсами.

Р оторы с явно выраженными полюсами (рис. 4.1) применяются в сравнительно тихоходных машинах (80 – 1000 об/мин), например гидрогенераторах; они имеют значительноечисло полюсов. Конструктивно роторы этого типа состоят из вала , ступицы , полюсов , укрепляемых в шлицах ступицы, полюсных катушек возбуждения, размещенных на полюсах. Поверхность полюсного наконечника полюсов имеет такой профиль, что магнитная индукция в воздушном зазоре машины распределяется примерно по синусоидальному закону. Для быстроходных машин (турбогенераторы, синхронные двигатели, турбокомпрессоры и т. п.) явнополюсная конструкция ротора неприменима из-за сравнительно большого диаметра ротора и возникающих в связи с этим недопустимо больших центробежных сил.

Большей механической прочностью обладает ротор с неявно выраженными полюсами. Он состоит (рис. 4.3) из сердечника 1 и обмотки возбуждения 2. Сердечник изготовляется из стальной поковки цилиндрической формы. На его внешней поверхности фрезеруются пазы, в которые закладывается обмотка возбуждения.

Обмотка возбуждения распределяется в пазах сердечника так, чтобы создаваемое ею магнитное поле было распределено в пространстве по закону, близкому к синусоидальному.

К онструкция ротора. Асинхронные машины в основном различа­ются устройством ротора. Ротор асинхронной машины представляет собой цилиндрический сердечник (рис. 14.3, a), собранный из иластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сер­дечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах ротора располагаются витки обмотки ротора.

В большинстве двигателей применяется короткозамкнутый ротор. Он значительно дешевле, и, что очень существенно, обслуживание дви­гателя с короткозамкнутым ротором значительно проще. Обмотка ко­роткозамкнутого ротора выполняется в виде цилиндрической клетки (рис. 14.3, б) из медных или алюминиевых стержней, которые без изоляции вставляются в пазы сердечника ротора. Торцевые концы стержней замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни (так называемое ’’беличье колесо”). Часто короткозамкнутая обмотка изготовляется путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием.

Обмотка фазного ротора, называемого также ротором с контактны­ми кольцами (рис. 14.3, в), выполняется изолированным проводом. В большинстве случаев она трехфазная, с тем же числом катушек, что и обмотка статора данного двигателя. Три фазные обмотки ротора соединяются на самом роторе звездой, а свободные концы их соеди­няются с тремя контактными кольцами, укрепленными на валу маши­ны, но изолированными от этого вала. Па кольца наложены щетки, установленные в неподвижных щеткодержателях. Через кольца и щет­ки обмотка ротора присоединена к трехфазному реостату (рис. 14.4). Включение реостата в цепь ротора дает возможность существенно улучшить условия пуска двигателя - уменьшить пусковой ток и уве­личить начальный вращающий момент, кроме того, при помощи рео­стата, включенного в цепь ротора, можно плавно регулировать ско­рость двигателя.