Технічне обслуговування й ремонт електричних машин (стр. 2 из 8)

Мал. 2. Основні конструктивні виконання електричних машин: а - асинхронна; б - синхронна; в - колекторна; г - індукторна

Знаходять застосування також електричні машини, у яких ротор (або й ротор, і статор) має форму диска. Такі машини називають торцевими.

Електричні машини крім обертального можуть мати й зворотно-поступальний рух (лінійні машини). У таких машинах статор і ротор розімкнуті й магнітне поле відбивається від країв, що приводить до перекручування поля в повітряному зазорі.

Крайовий ефект у лінійних електричних машинах погіршує їхні енергетичні показники. Низькі енергетичні показники обмежують застосування електричних машин зі зворотно-поступальним рухом.

Зі звичайної машини із циліндричним статором і ротором виходять машини із сегментним статором і лінійні (мал. 3). Якщо збільшити діаметр ротора сегментної машини нескінченно, одержимо лінійний двигун (мал. 3, б).

Лінійні двигуни постійний і змінний токи знаходять застосування в промисловості для одержання лінійних переміщень.

У генераторному режимі лінійні машини практично не застосовуються.

Мал. 3. Модифікація конструктивного виконання електричних машин: а - машина із сегментним статором; б - лінійний двигун; 1 - статор; 2 - ротор

У більшості типів електричних машин магнітне поле створюється змінними струмами обмоток статора й ротора. Однак існує клас машин, у яких поле створюється постійними струмами обмоток, розташованих тільки на статорі. Перетворення енергії в них відбувається за рахунок зміни магнітного потоку в повітряному зазорі через зміну його провідності при обертанні ротора. Ротор у таких машинах має яскраво виражені зубці, переміщення яких щодо статора викликає зміна магнітного опору на ділянках зазору й обмотки статора. Такі машини називають параметричними або індукторними. Конструктивні виконання індукторних машин досить різноманітні. Найбільше поширення одержала конструкція індукторної машини із двома роторами 1 і статорами 2 (мал. 4). Якщо ротори зрушені відносно один одного на електричний кут 90°, загальний магнітний опір машини під час обертання роторів не змінюється й в обмотці збудження 3, що харчується постійним струмом, не наводиться змінна напруги. Обмотки на роторах відсутні. При роботі машини з обмоток змінного струму 4, розташованих у пазах кожного статора, знімається напруга. Потік порушення замикається по корпусі статора й втулці ротора 5, насадженої на вал.

Залежно від роду споживаного або струму, що віддається в мережу, електричні машини підрозділяються на машини змінний і постійний токи. Машини змінного струму діляться на синхронні, асинхронні й колекторні.

Мал. 4. Індукторна машина із двома роторами

У синхронних машинах поле порушення створюється обмоткою, розташованої на роторі, що харчується постійним струмом. Обмотка статора з'єднана з мережею змінного струму. У звичайному виконанні машин обертовий ротор з обмоткою збудження розташовується усередині статора, а статор нерухливий. Звернена конструкція, при якій ротор з обмоткою збудження нерухливий, а обертається статор, у синхронних машинах зустрічається рідко через складність підведення струму до обертової обмотки змінного струму.

Ротор синхронної машини може бути полюсним, тобто з явно вираженими полюсами, що мають феромагнітні сердечники з насадженими на них котушками порушення. Ротори синхронних машин, розрахованих на частоту обертання 1500 і 3000 про/хв і вище, звичайно виконуються не явно полюсними. При цьому обмотка збудження укладається в профрезерованні в роторі пази. Обмотка змінного струму синхронних машин, як правило, розподілена, тобто розташована рівномірно по окружності внутрішнього діаметра статора в пазах його муздрамтеатру. [7, с. 7]

В асинхронних машинах спеціальна обмотка збудження відсутній, робочий потік створюється реактивного тридцятимільйонного струму обмотки статора. Цим пояснюється простота конструкції й обслуговування асинхронних двигунів, тому що відсутні ковзні контакти для підведення струму до обертової обмотки збудження й відпадає необхідність у додатковому джерелі постійного струму для порушення машини. Обмотки статорів і роторів асинхронних машин розподілені й розміщені в пазах їхніх муздрамтеатрів.

На роторах асинхронних машин розташовується або фазна, тобто яка має фази, яких звичайно стільки ж, скільки й обмотка статора, ізольована від корпуса обмотка, або короткозамкнена. Короткозамкнена обмотка ротора складається з розташованих у пазах ротора замкнутих між собою по обох торцях ротора неізольованих стрижнів із провідникового матеріалу. Вона може бути також виконана заливанням пазів алюмінієм. Залежно від типу обмотки ротора розрізняють асинхронні двигуни з фазними роторами або асинхронні двигуни з короткозамкненими роторами. [7, с. 8]

Нормальне виконання асинхронних машин - з ротором, розташованим усередині статора. Однак для деяких приводів, наприклад привода транспортера, виявляється вигідніше розташувати обертовий ротор зовні статора. Такі машини називають зверненими або машинами із зовнішнім ротором. Вони виконуються звичайно з короткозамкненими роторами.

Серед колекторних машин змінного струму одержали поширення в основному однофазні двигуни малої потужності. Вони знаходять застосування в приводах, до яких підведення трифазний або постійний токи утруднене або недоцільний (в електрифікованому інструменті, побутовій техніці й т.п.). У машинах середньої й тим більше великої потужності колекторні машини змінного струму в цей час у СРСР не застосовуються. Виключення становлять окремі спеціальні машини, наприклад машини типу двигуна Шраге - Ріхтера.

Більшість машин постійного струму - це колекторні машини. Вони випускаються потужністю від часток вата до декількох тисяч кіловатів. Обмотки збудження машин постійного струму розташовуються на головних полюсах, закріплених на станині. Виводи секцій обмотки ротора (якорі) упаяні в пластини колектора. Колектор, що обертається на одному валу з якорем, і нерухливий щітковий апарат служать для перетворення постійного струму мережі в змінний струм якоря (у двигунах) або змінного багатофазного струму якоря в постійний струм мережі (у генераторах постійного струму).

Конструкція машин постійного струму більше складна, вартість вище й експлуатація більше дорога, чим асинхронних, тому двигуни постійного струму застосовуються в приводах, що вимагають широкого й плавного регулювання частоти обертання, або в автономних установках при живленні двигунів від акумуляторних батарей. [7, с. 8]

Гнітюче число машин постійного струму виконується з колектором - механічним перетворювачем частоти. Але існує кілька типів і безуважних машин, наприклад уніполярні генератори (мал. 5), які використовуються для одержання більших струмів (до 100 ка) при низьких напругах. У таких машинах колектор відсутній, але вони можуть працювати тільки при наявності ковзного контакту, що складається із щіток 1 і кілець 2. Постійний магнітний потік, створений струмами обмотки збудження 5, замикається по станині 3, масивному ротору 4 і двом зазорам. Постійні струми наводяться в масивному роторі й знімаються щітками. Щоб зменшити електричні втрати в роторі, у ньому роблять пази, у які укладають мідні стрижні 6. Стрижні, приварені до контактних кілець, утворять на роторі короткозамкнену обмотку.

Мал. 5. Уніполярна електрична машина

В останні роки одержали поширення також безуважні машини постійного струму з вентильним керуванням, у яких механічний перетворювач частоти замінений перетворювачем частоти на напівпровідникових елементах.

Незважаючи на велику кількість різних типів електричних машин і незалежно від їхнього конструктивного виконання, роду й числа фаз живильного струму й способів створення магнітних полів перетворення енергії в машинах відбувається тільки при наступній умові: у всіх електричних машинах у сталих режимах поля статора й ротора нерухливі відносно один одного. Поле ротора, що створюється струмами, що протікають в обмотці ротора, обертається щодо ротора. При цьому механічна частота обертання ротора й частота обертання поля щодо ротора в сумі рівні частоті обертання поля статора, тому частоти струмів у статорі й роторі жорстко зв'язані співвідношенням f 2 = f 1 s, (1)

де f 1, f 2 - частоти струму й напруги статора й ротора; s - відносна частота обертання ротора або ковзання, обумовлена частотою обертання поля статора n 1 і частотою обертання ротора машини n 2 :

s = (nl ± n 2) / n 1 (2)

У синхронних машинах обмотка збудження ротора харчується постійним струмом (f 2 = 0), і, отже, з (1) s = 0, звідки по (2) n = n 1 т. е. ротор синхронної машини обертається синхронно з полем, створеним струмами обмотки статора.

Твердий зв'язок частоти струму й частоти обертання визначив область застосування синхронних машин. Синхронні генератори є практично єдиними потужними генераторами електричної енергії на електростанціях. Синхронні двигуни з урахуванням труднощів їхнього пуску застосовуються як приводи промислових установок, що довгостроково працюють при постійній частоті обертання й не потребуючих частих пусків, наприклад як приводні двигуни повітродувок, компресорів і т.п. [7, с. 9]