29
Лекция № 7
1. Общая характеристика конструкций электрических машин.
2.Классификация ЭЛМ различного функционального назначения по типам и конструктивным признакам.
1.3.4 Общая характеристика конструкций электрических машин
Конструктивное исполнение электрических машин различных типов имеет много общего. Любая электрическая машина имеет статор и ротор, разделенные относительно малым воздушным зазором. Статор и ротор образуют магнитопровод электрической машины, который вместе с системой обмоток составляет активную часть машины. Кроме активной части существуют конструктивные части машины, которые осуществляют подвод электрической или механической энергии к активным частям машины, а также крепежные детали.
Рассмотрим принципиальную схему электрической машины
1. статор с обмотками, уложенными в пазах 2. ротор с обмотками 3. подшипники 4. крышки 5. вал 6. корпус
Рис. 1.26.
Материал магнитопровода большинства электрических машин имеет радиальную симметрию магнитных свойств, а поверхности статора и ротора, обращенные к зазору, могут рассматриваться как гладкие цилиндрические поверхности. Такие машины называются неявнополюсными. Исключение составляют двигатели постоянного тока, синхронные реактивные двигатели и явнополюсные сельсины, у которых один из магнитопроводов образует явно выраженные полюса.
30
а) |
б) |
в) |
г) |
|
|
Рис. 1.27. |
|
а) – неявная машина; б) – явнополюсная машина; в) – явнополюсная машина с обмотками постоянного тока на статоре; г) – явнополюсная машина с полюсом на роторе.
Вмагнитопроводах статора и якоря имеются пазы, в которые по тому или иному закону уложены обмотки. Эти пазы могут иметь различную форму (открытые, закрытые, полузакрытые).
Распределение проводников обмотки вдоль зазора и профиль воздушного зазора имеют первостепенное значение, так как распределение поля в воздушном зазоре машины (распределение намагничивающей силы в зоне зазора) определяет процессы преобразования энергии а, следовательно, и основные характеристики машины. Обмотки могут быть сосредоточенными, т.е. выполненными в виде сосредоточенных катушек и распределенными (по пазам).
Закон распределения и тип обмотки в большинстве электрических машин выбираются таким образом, чтобы коэффициент взаимоиндукции между обмотками статора и ротора изменялся по гармоническому закону в зависимости от угла поворота ротора (поле в зазоре должно быть близко к круговому). Естественно, что это требование можно выполнить лишь приближенно. В действительности эта зависимость является некоторой периодической функцией, которая при разложении в ряд содержит кроме основной и высшие гармоники. Реальное поле в зазоре является эллиптическим.
Внеявнополюсной машине с равномерным воздушным зазором синусоидальная зависимость обеспечивается распределением проводников обмотки вдоль зазора. В явнополюсной машине она достигается за счет профилирования воздушного зазора. Зазор по краям полюса в 1,5… 1,6 раза больше зазора в центре полюса.
Все существующие типы обмоток условно можно разделить на четыре группы:
1.Катушечные обмотки – располагаются, как правило, на явно выраженных полюсах. Намагничивающая сила таких обмоток сосредоточенная.
2.Многофазные обмотки – распределенные в пазах по гармоническому закону. Намагничивающая сила распределенная.
31
3.Короткозамкнутая симметричная обмотка – „беличья клетка”. При этом в пазах расположены алюминевые или медные стержни и концы всех стержней с торцевой стороны соединены алюминевыми или медными кольцами.
Рис.1.28.
Короткозамкнутые роторные обмотки иногда выполняются в виде тонкостенного токопроводящего цилиндра (например, алюминиевый стакан). Можно изготовить полый ротор из пластмассы и нанести на его поверхность тонкий слой меди. Этот слой тоже будет выполнять роль короткозамкнутой обмотки.
4.Коллекторные обмотки – это обмотки роторов коллекторных машин постоянного тока. Они выполняются распределенными по пазам ротора и имеют распределенную намагничивающую силу.
1.3.5.Классификация электрических машин различного функционального назначения по типам и конструктивным признакам.
Остановимся на электрических машинах малой мощности, к которым относятся машины с мощностью от долей ватт до 600 Вт. В этой группе выделяют подгруппу микромашин (мощностью менее 10 Вт).
1. Силовые электрические машины.
1. Асинхронные двигатели.
2.Синхронные двигатели.
3.Коллекторные двигатели постоянного и переменного тока.
4.Бесконтактные двигатели постоянного тока.
Виды, термины и определения электрических машин гостированы стандартом СЭВ 169–75.
Поясним приведенную классификацию.
1. Асинхронные двигатели можно рассмотреть по конструктивным особенностям ротора.
а) массивный ротор с короткозамкнутой обмоткой. Преимуществами таких двигателей является малое изменение скорости под воздействием возмущающих факторов (Mн, Uпит) за счет большого момента инерции подвижных частей J. Но этот же большой момент инерции способствует главному недостатку – длительному времени выбега (время вращения ротора после снятия питающего напряжения).
б) с полым немагнитным ротором.
Двигатели такого типа отличаются высоким быстродействием за счет малой инерционности ротора.
32
По типу обмоток различают асинхронные двигатели: а) однофазные б) двухфазные
Последний тип асинхронных двигателей используется наиболее часто, питаются от обычной сети, для сдвига фаз используются фазосдвигающие цепочки.
Асинхронные двигатели просты по конструкции, при низкой стоимости имеют высокую надежность, просты в управлении (изменением частоты). Применяются чаще всего в АС и САУ с невысокими требованиями к стабильности скорости вращения ротора.
2. Синхронные двигатели различаются по конструкции ротора. а) ротор с обмоткой возбуждения (электромагнитное возбуждение)
б) ротор с постоянными магнитами (возбуждение от постоянных магнитов).
По типу обмоток (числу фаз) различают: а) трехфазные б) однофазные
По частоте питающей сети:
а) промышленной частоте (50 Гц)
б) повышенной частоты (400, 500, 1000 Гц)
Достоинством синхронных бесколлекторных машин является постоянство скорости вращения ротора и применяются они в САР с высокими требованиями к стабильности n2.
3. Коллекторные двигатели постоянного и переменного тока.
Ротор таких двигателей постоянного тока имеет обычную конструкцию, выполняется шихтованным с обмотками распределенными в пазах по гармоническому закону. По способу возбуждения различают коллекторные двигатели постоянного тока:
а) с электромагнитным возбуждением б) с возбуждением постоянными магнитами
Коллекторные двигатели переменного тока возбуждаются, как правило, электромагнитным способом, имеют однофазные обмотки. Сердечники ротора и статора выполняются шихтованными в отличие от двигателей постоянного тока, где статор – сплошной. Следует отметить, что существуют универсальные коллекторные двигатели, которые могут питаться как постоянным, так и переменным током.
Достоинствами коллекторных двигателей являются высокий КПД, плавная регулировка скорости в весьма широком диапазоне, высокий пусковой момент при малом пусковом токе.
Основными недостатками таких двигателей является наличие скользящих контактов.
4. Бесконтактные электрические машины.
В этих машинах все электрические связи между обмотками и питающей цепью осуществляется без применения скользящих контактов. Щеточно – коллекторный узел в них заменяется более надежной полупроводниковой
33
схемой, управляемой сигналами бесконтактного датчика положения ротора. Бесконтактные двигатели постоянного тока применяются в тяжелых условиях эксплуатации (вибрации, ударные нагрузки, перегрузки, высокие и низкие температуры).