Электрические машины

Содержание

1.Введение                                                                                                                             2

2.Виды электрических двигателей                                                                                      3

   2.1. Двигатели постоянного тока                                                                                      3

   2.2.Универсальные коллекторные двигатели                                                                  5

   2.3.Двигатели переменного тока                                                                                      6

   2.3.1.Асинхронные двигатели                                                                                           6

   2.3.1.1. Однофазные асинхронные  двигатели                                                                 8

   2.3.2.Синхронные двигатели                                                                                             9

 

3.Электрический привод                                                                                                    10

   3.1.Разомкнутые схемы управления электропривода                                                   12

   3.2.Замкнутые схемы  управления электропривода                                                      13

   3.3.Комлектный электропривод                                                                                      13

   3.4. Следящий электропривод                                                                                         14

 

4.Литература                                                                                                                        18 

ВВЕДЕНИЕ

    Электрические  машины широко применяют на  электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в  системах автоматического управления  и регулирования, в быту. Они  преобразуют механическую энергию  в электрическую (генераторы) и,  наоборот, электрическую  энергию  в механическую.                                      

   Любая электрическая  машина может использоваться как генератор, так и двигатель. Это её свойство называется обратимостью. Она может быть также использована для преобразования одного рода тока в другой (частоты, числа фаз переменного тока, напряжения) в энергию другого вида тока. Такие машины называются преобразователями.

    Электрические машины в зависимости от рода тока электрической установки, в которой они должны работать, делятся на машины постоянного тока и машины переменного тока. Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными. Наиболее широкое применение получили  асинхронные двигатели и синхронные двигатели и генераторы. Принцип действия электрических машин основан на использовании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил. 

   Электрические двигатели, используемые в промышленности, быту выпускают сериями, которые представляют собой ряд электрических машин возрастающей мощности, имеющих однотипную конструкцию и удовлетворяющих общему комплексу требований.

 

 

 

2.Виды электрических двигателей.

2.1Двигатели постоянного тока.

   Электрические машины постоянного тока, как и какие-либо  другие электрические  машины – это электромеханические преобразователи энергии.  Машины постоянного тока способны работать и как в режиме электрического двигателя, так и в режиме генератора постоянного тока. Двигатели постоянного тока используются гораздо чаще, чем генераторы постоянного тока. Это объясняется важными преимущест-вами этих двигателей. Возможностью плавно, простыми способами и в широких пределах регулировать частоту вращения. Значительным пусковым моментом и одновременно незначительным пусковым током. Способностью к перегрузкам.

   Приведенные выше  качества двигателей постоянного  тока обуславливает широкое их  применение в системах автоматического  управления, автомобильном, железнодорожном,  морском транспорте, городском транспорте  и т. Д.

   Так же у двигателей  есть и недостатки.. Самым главным недостатком является присутствие в конструкции ненадежного узла – «щеточно-коллекторного» механизма, искрение которого под нагрузкой делает невозможной эксплуатацию этих двигателей во взрывоопасных помещениях. Этот главный недостаток уменьшает область применения электрических двигателей постоянного тока.  Сложная технология изготовления,  необходимость особенного  ухода за машиной также весомые недостатки.

   В последнее время созданы и успешно применяются двигатели постоянного тока, в которых механический коллектор заменен  бесконтактным коммутатором на полупроводниковых элементах.

   Конструктивно  машина постоянного тока состоит из неподвижного статора и подвижного ротора, разделенных между собой воздушным зазором.

   Статор состоит из станины, к которой прикреплены сердечники основных и дополнительных полюсов. На этих сердечниках размещены катушки обмотки возбуждения и обмотки дополнительных полюсов. Станина, а также сердечники основных и дополнительных полюсов являются частью магнитопровода. Обмотка возбуждения образует магнитодвижущую силу (МДС) возбуждения и соответственно основной магнитный поток.  Обмотка дополнительных полюсов образует МДС для компенсации реакции якоря и облегчает условия коммутации (устраняет искрение на скользящих контактах «щеточно-коллекторного узла»).

   Сердечники основных полюсов или их наконечники, изготавливают шихтованными (из стальных штампованных листов), а дополнительные массивными или также шихтованными. Это делается с целью уменьшения потерь мощности от вихревых токов, которые наводятся в основных полюсах из-за пульсаций магнитного потока во время вращения якоря.

   Полюса крепятся к станине с помощью болтов. Катушки основных и дополнительных полюсов изготавливают из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения. Кроме приведенных выше обмоток, в наконечниках основных полюсов,  машин  постоянного тока со сложными условиями коммутации (прокатные двигатели, специального назначения и др.), размещают компенсационную обмотку, которая подключается последовательно с обмоткой якоря так, чтобы магнитный поток от неё был направленным навстречу потоку от тока якоря и полностью компенсировал бы его реакцию. 

   Якорь крепится на валу, состоит из сердечника (который является частью магнитопровода машины), обмотки и коллектора. Сердечник якоря, который перемагничивается с частотой  f , собирают из листов электротехнической стали. В пазы сердечника вкладывают секции обмотки якоря. В каждом пазу уложено две части разных секций обмоток, одна поверх другой. Концы обмоток припаивают к соответствующим пластинам коллектора.  Секции могут быть одновитковыми и многовитковыми. Якорь соединен со статором с помощью подшипниковых щитов, а на якоре закрепляются подшипники. Выводы от обмоток возбуждения и якорной группы размещают в клемной коробке. Вся машина крепится к фундаменту с помощью лап. Для охлаждения машины предусмотрены вентиляционные каналы.

   Особым конструкционным компонентом электрических  машин постоянного тока является коллектор. В основном коллектор изготавливают виде цилиндра, который собран из пластин из твердой меди. Между пластинами размещены изоляционные прокладки из миканита. Над коллектором устанавливают щетки, которые размещаются в щеткодержателях, укрепленных на подшипниковом щите с помощью траверсы. Щетки прижимаются к коллектору с помощью пружин, прижим которых можно регулировать.

   Основное магнитное поле машины образуется током в обмотке возбуждения. В зависимости от того как включается обмотка, различают такие способы возбуждения рис 1:

 А) параллельное, в котором обмотка возбуждения включается параллельно обмотке якоря (рисунок а);

 Б) последовательное, в котором обмотка возбуждения и обмотка якоря включены последовательно (рисунок б);

 В) смешанное, с параллельной и последовательной обмоткой возбуждения (рисунок в)

 Г) независимое, в котором обмотка возбуждения питается от независимого источника питания (рисунок Г);

 

 

 

 

 

 

2.2.Универсальные коллекторные двигатели.

 

   Принципиально любой  двигатель постоянного тока может  работать от сети переменного  тока, так как развиваемый двигателем  вращающий момент, зависящий от  произведения тока в якоре  и магнитного поля полюсов,  не меняет направления при  одновременном изменении направления  тока в якоре и магнитного  потока полюсов.

   Для создания достаточно  большого вращающего момента  необходима одновременность изменения  направления тока в якоре и  магнитного потока полюсов, т.е.  совпадение по фазе тока в  якоре и магнитного потока  полюсов. В двигателе последовательного  возбуждения ток в якоре является  одновременно и током возбуждения.  Пренебрегая углом сдвига фаз  между током возбуждения и  магнитным потоком, можно считать  их изменения одновременными.

   При малых мощностях коллекторные двигатели делают универсальными, т.е. предназначенными для работы как от сети переменного, так и от сети постоянного тока. Такие двигатели обычно выполняют без компенсационной обмотки. Таким образом, при работе на переменном токе число витков обмотки возбуждения значительно меньше, чем при работе на постоянном токе, так что коэффициент мощности оказывается сравнительно высоким, несмотря на отсутствие компенсационной обмотки.

  Однофазные коллекторные двигатели переменного тока  малой мощности  находят применение в установках автоматики, связи и бытовых целей.

         Электромагнитное излучение, сопровождающее работу коллекторного двигателя, создает помехи радиоприему. При работе коллекторного двигателя уровень создаваемых ими радиопомех не должен превышать установленных норм. Радиопомехи от коллекторного двигателя распространяются в виде  электромагнитного излучения и в виде электрических сигналов через электросеть.

   Для подавления электромагнитных излучений применяют экранирование электрических двигателей. В качестве экрана используют заземленный корпус двигателя. Если в подшипниковом щите со стороны коллектора имеются окна или корпус двигателя и передний подшипниковый щит (со стороны коллектора) изготовлены из пластмассы, то неметаллические части закрывают металлической сеткой и заземляют.

Для подавления радиопомех, проникающих в электрическую  сеть, применяют разнообразные фильтры. В качестве фильтров используют конденсаторы, включенные  между каждым токоведущим  проводом и заземленным корпусом двигателя. Значение емкости С подбирают опытным путем. Конденсаторы должны быть рассчитаны на рабочее напряжение двигателя. Часто конденсаторные фильтры располагают в коробке выводов двигателя.

 

 

 

2.3.Двигатели переменного  тока.

2.3.1Асинхронные двигатели.

 

   Асинхронный двигатель имеет такие положительные качества, как несложная технология изготовления, простота эксплуатации, высокая надежность и способность к перегрузкам, отсутствие искрения. Благодаря этим свойствам асинхронный двигатель нашел широкое применение в промышленности для привода станков и механизмов, а также сельскохозяйственных машинах разного назначения. Однако управление частотой вращения асинхронного двигателя в широком диапазоне значительно сложнее, чем двигателя постоянного тока. Это ограничивает применение асинхронных двигателей в тех случаях, когда необходимо изменять частоту вращения двигателя в широких пределах. Однако следует отметить, что в последнее время, в связи с быстрым развитием силовой электроники, с появлением мощных полупроводниковых тиристоров и транзисторов, параметры которых постоянно улучшаются, возросло применение асинхронных двигателей с частотным регулированием скорости вращения. Асинхронные двигатели постепенно вытесняют двигатели постоянного тока, особенно в тех случаях, где искрение недопустимо, например в нефтяной, газовой и химической промышленности.

         Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока, асинхронный двигатель состоит из двух основных частей – ротора и статора.   Асинхронная машина обладает свойством обратимости, то есть может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Из-за ряда существенных недостатков асинхронные генераторы практически не применяются, тогда, как асинхронные двигатели получили очень широкое распространение.

   Роторы асинхронных электродвигателей выполняют двух видов: с короткозамкнутой и фазной обмотками. Первый вид двигателей называют асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а второй – асинхронными двигателями с фазным ротором или асинхронными двигателями с контактными кольцами. Наибольшее распространение имеют двигатели с короткозамкнутым ротором.

     Двигатели с короткозамкнутым ротором проще и надежнее в эксплуатации, значительно дешевле, чем двигатели с фазным ротором. Однако двигатели с фазным ротором обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами.

   В настоящее время асинхронные двигатели выполняют преимущественно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях и специальных случаях используют фазную обмотку ротора.

    Асинхронные двигатели производят мощностью от нескольких десятков ватт до 15000кВт при напряжениях обмотки статора до 6кВ.