Лекция 13. Электрические машины переменного тока

На практике применяются преимущественно трехфазные (т = 3) машины переменного тока. Машины с другим числом фаз (т = 2, 6) используются для специальных целей.

Однако действие всех многофазных машин основано на принципе вращающегося магнитного поля, и поэтому их теория является общей.

Однофазные машины переменного тока имеют ограниченное применение.

Ниже прежде всего рассматриваются трехфазные машины переменного тока. Они подразделяются на три основных вида: синхронные, асинхронные и коллекторные.

Все виды машин переменного тока рассчитываются на работу при синусоидальном переменном - токе.

1. Основные виды машин переменного тока

В синхронных машинах нормальных типов ротор вращается с такой же скоростью и в том же направлении, как и вращающееся магнитное поле. Таким образом, вращение ротора происходит в такт, или синхронно, с вращающимся полем, откуда и происходит название этого вида машин. Синхронные машины используются прежде всего в качестве генераторов.

Ротор асинхронных машин вращается несинхронно, или асинхронно, по отношению к вращающемуся магнитному полю, чем и обусловлено название этих машин. Частота вращения ротора n₂ меньше синхронной частоты вращения n₁ магнитного поля ста­тора.

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения. Частота вращения поля статора отно­сительно ротора определяется частотой скольжения n_s = n₁ —n₂. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной s, называемой скольжением

s = (n₁ – n₂)/n₁

Скольжение асинхронного двигателя может изменять­ся в диапазоне от 0 до 1, т.е.

О—100%. Если s ≈ 0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействую­щего момента; если s = l —режиму короткого замыка­ния, при котором ротор двигателя неподвижен (n₂=0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается. Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением.

На практике асинхронные машины используются главным образом в качестве двигателей, и подавляющее число применяемых в промышленности электрических двигателей являются асинхронными. Трехфазные асинхронные машины применяют в качестве двигателей в двух исполнениях: с короткозамкнутой обмоткой на роторе (Рис.1а) и фазной обмоткой на роторе (Рис.1б). Наиболее распространение имеют дешевые в производстве и надежные в эксплуатации двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе, или короткозамкнутые двигатели.

Коллекторные машины переменного тока также вращаются несинхронно с магнитным полем, и в этом смысле они являются асинхронными машинами. Однако ввиду наличия у них коллектора и связанных с этим особенностей они выделяются в отдельный вид машин переменного тока. Наибольшее применение коллекторные машины находят в качестве двигателей. Однако их использование ограничено, и поэтому главнейшими видами машин переменного тока являются асинхронные и синхронные машины.