2.22 Однофазный двигатель с экранизированными полюсами
(С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ ВИТКОМ НА СТАТОРЕ).
Обмотка статора в таких двигателях сосредоточенная и находится на явновыраженных полюсах, листы которых штампуются совместно с сердечником статора, см.рис.75.
Рисунок 75 – Схематический разрез однофазного двигателя с экранизированными
полюсами и векторная диаграмма его магнитных потоков.
Полюсы 1 имеют расщепленную на две части конструкцию, на одну из частей каждого полюса надет короткозамкнутый виток (экран) в виде медного кольца 2. На обмотку статора 3 подается однофазное переменное напряжение, при этом возникает пульсирующий магнитный поток, наводящий в к.з. витке ЭДС и ток, который препятствует нарастанию магнитного потока и вызывает фазовый сдвиг потока в этой части полюса. Таким образом, магнитный поток статора можно представить в виде суммы двух составляющих
Ф = Фп + Фк ; (199)
где Фп – поток, замыкающийся через полюс, не охваченный к.з. витком;
Фк - поток, сцепленный с к.з. витком.
Потоки Фп и Фк будут сдвинуты относительно МДС обмотки статора F на различные углы ψ1 и ψ2, см.рис.73. Действительно, поскольку поток Фп не охватывает к.з. виток, то угол ψ1 будет небольшим – как и угол сдвига между основным потоком трансформатора и МДС его первичной обмотки в режиме холостого хода (см.рис.6). угол же ψ2 будет значительно больше, т.к. потери мощности, от которых он зависит, будут определяться не только потерями в стали, но и электрическими потерями в к.з. витке.
Т.О. потоки Фп и Фк будут смещены в пространстве и сдвинуты по фазе во времени на угол ψ2 - ψ1, следовательно они образуют вращающее магнитное поле, которое создаст вращающий момент.
Ротор в таком двигателе всегда вращается от неэкранированной части полюса к экранированной.
Достоинством таких двигателей является простота конструкции, высокая надежность, малошумность из-за отсутствия зубцов на статоре.
3 Синхронные электрические машины
Синхронные электрические машины по своему устройству отличаются от асинхронных
машин лишь конструкцией ротора, который может быть явнополюсным и неявнополюсным.
Отличительным свойством синхронных машин (СМ) является равенство частоты вращения магнитного поля статора и частоты вращения ротора (n1 = n2), их постоянство при изменении нагрузки, а также возможность регулирования коэффициента мощности, устанавливая такое его значение, при котором работа СМ становится наиболее экономичной.
3.1 УСТРОЙСТВО СИНХРОННОЙ МАШИНЫ
СМ состоит из статора и ротора.
Статор СМ практически не отличается от статора асинхронной машины с фазным ротором (см.2.1).
Поскольку по обмотке статора СМ течет ток нагрузки, то статор еще называется якорем*
Ротор СМ состоит из следующих основных частей:
- вал;
- сердечник;
- обмотка возбуждения (индукторная обмотка);
- два медных кольца изолированных друг от друга и от вала и служащих для подвода к
обмотке возбуждения постоянного тока;
- вентилятор.
Поскольку на роторе находится индукторная обмотка, то ротор еще называется индуктором.
Якорь (ARMATURE – англ.) – та часть коллекторной или синхронной электрической машины, в которой индуцируется ЭДС и протекает ток нагрузки [ СТ МЭК 50/411-73, ГОСТ 24471-87 ]
Зажимы в клеммной коробке СМ, к которым подсоединяются концы фазных обмоток статора обозначаются как и в АД, т.е. С1, С2, С3, С4, С5, С6 (см.рис.29), помимо них в клеммной коробке имеется еще два зажима, обозначаемых И1, И2, к которым подсоединяется обмотка возбуждения (через кольца и щетки).
Ротор является явнополюсным, если его полюса выступают в сторону воздушного зазора между статором и ротором.
Неявнополюсный ротор представляет собой цилиндр, в пазах которого уложена обмотка возбуждения.
Такая конструкция ротора применяется при большой частоте вращения (свыше 1500 об/мин).
3.2 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Рассмотрим трехфазный синхронный генератор (СГ), статор такого генератора имеет такую же конструкцию как и статор трехфазного АД. В упрощенном виде обмотка статора СГ будет состоять из трех одновитковых фазных обмоток, соединенных в “звезду”, к началам этих обмоток подключается нагрузка. Схематичный разрез такого СГ изображен на рис.74.
Для получения магнитного поля возбуждения на роторе устанавливаются либо постоянные магниты (как показано на рис.76), либо обмотка возбуждения (электромагнитное возбуждение).
Обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока (возбудителю) через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух контактных колец, располагаемых на валу ротора и изолированных от вала и друг от друга и двух неподвижных щеток, находящихся в щеткодержателях на статоре.
Если приводным двигателем привести во вращение ротор СГ с синхронной частотой вращения n1 , то магнитное поле создаваемое обмоткой возбуждения либо постоянными магнитами на роторе также будет вращаться с частотой n1 и по закону ЭМИ будет индуцировать в трехфазной обмотке статора переменные ЭДС Еа, Ев, Вс. Эти ЭДС, будучи одинаковыми по величине и сдвинутыми по фазе на 120 эл. Градусов (из-за пространственного сдвига фазных обмоток статора относительно друг друга), образуют трехфазную симметричную систему ЭДС. С подключением нагрузки Zн в фазных обмотках статора появятся токи ІА,ІВ,ІС. Направления ЭДС и токов в моменты времени, когда они максимальны по величине, т.е. когда полюса ротора находятся под пазовыми проводниками соответствующих фазных обмоток, определяются по правилу правой руки.
Частота ЭДС СГ 1 прямо пропорциональна частоте вращения ротора 1:
р 1
1 = _______ ; (200)
60
При протекании токов ІА,ІВ,ІС в трехфазной обмотке статора создается вращающееся магнитное поле.
Частота вращения этого поля будет равна частоте вращения ротора генератора и определит-
ся по той же формуле, что и для АД,см. формулу (104). Таким образом, в СГ магнитное поле
статора и ротор вращаются синхронно, отсюда и название – синхронные машины.
Практически вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами на
электростанциях.
Рисунок 76 – Принцип действия синхронного генератора.