Общие сведения о машинах переменного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАШИННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Цель модуля - формирование у студентов понимания принципов действия электромашинных преобразователей переменного тока (синхронных и асинхронных электрических машин). Уровень квалификации студента после изучения модуля позволит ему быть готовым к дальнейшему углублению познаний в области электрических машин переменногоь тока.

Общие сведения о машинах переменного тока

В современной промышленности преимущественно применяются многофазные М~Т. Чаще всего число фаз m=3. Действие всех многофазных машин основано на эффекте вращающегося магнитного поля.

ЭМ~Т подразделяются на 3 вида:

а) синхронные (СМ);

б) асинхронные (АМ);

в) коллекторные (КМ).

В машинах типа а) ротор вращается с той же скоростью и в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле (синхронно). Такие машин используются чаще всего в качестве генераторов переменного тока (Г~Т), в частности, на электростанциях, производящих электроэнергию для промышленности.

В машинах типа б) (АМ) скорость вращения ротора не равна скорости вращения магнитного поля. АМ используются в основном в качестве двигателей переменного тока (Д~Т).

Машины типа в) также являются асинхронными, но их выделяют из-за особенностей, связанных с наличием коллектора. Используются такие Д~Т обычно в качестве универсальных, т.е. способных работать как на постоянном токе, так и на переменном.

Вращающееся магнитное поле

Поле трехфазного тока

Трехфазная система токов (рисунок ) , (т.е. электрический фазовый сдвиг между токами каждой из фаз А, В и С составляет 1200), протекающих в катушках, расположенных по окружности так, что их оси также находятся под углом (геометрическим) 1200, создает в результате взаимодействия создаваемых ими пульсирующих магнитных потоков магнитное поле, вращающееся в пространстве относительно оси этой окружности с частотой n1, равной частоте питающего катушки тока f1. Амплитуда результирующего поля В=1,5Вм, где Вм - амплитуда поля, созданного одной катушкой. электромашинный преобразователь переменный ток

Направление вращения поля - в сторону оси катушки, в которой ожидается максимум тока. В те моменты времени, когда поле одной из катушек максимально, результирующее поле совпадает с ним по направлению.

Для изменения направления вращения поле достаточно изменить порядок следования фаз (А, В, С) токов в катушках.

Поле двухфазного тока

Двухфазная система состоит из двух сдвинутых на 900 (электрических) токов в фазах А и В

Если эти токи протекают по катушкам, содержащим w1 и w2 витков и сдвинутым в пространстве на 900 (геометрических), результат векторного сложения их пульсирующих магнитных полей представляет собой вращающееся поле, частота вращения которого (в пространстве) равна n1, направление вращения поля, как и в предыдущем случае, определяется чередованием максимумов токов в фазах.

Для того, чтобы модуль вектора В вращающегося магнитного поля оставался неизменным, т.е. поле было круговым, необходимо выполнение трех условий:

- сдвиг катушек в пространстве (геометрический, пространственный) ;

- сдвиг токов в катушках (электрический, фазовый, временной) ;

- МДС обеих катушек одинаковы .

Нарушение любого из этих условий приводит к тому, что поле из кругового превращается в эллиптическое, т.е. конец вектора магнитной индукции описывает не окружность, а эллипс. Когда одно из условий полностью не выполняется, т.е. или , или , или , то поле становится пульсирующим (вырожденный эллипс с равной нулю одной из полуосей).

Обмотки ЭМ~Т

При конструировании машин ~ Т стремятся к тому, чтобы индуцируемые в обмотках ЭДС были синусоидальными. Если эти ЭДС индуцируются вращающимся магнитным полем, то для этого необходимо, чтобы распределение магнитной индукции вдоль зазора было синусоидальным.

Рассмотрим распределение поля в зазоре в простейшем случае - однофазная сосредоточенная обмотка на статоре. Схема такой обмотки и распределение магнитодвижущей силы (намагничивающей силы) катушки Fк (на 1 зазор), в которой протекает ток катушки iк, и индукции В в зазоре приведены на рисунке. Эти распределения имеют форму прямоугольников, поскольку

(коэффициент 1/2 определяется наличием двух воздушных зазоров д, встречающихся на пути магнитного потока и создающих его прохождению магнитное сопротивление Rмд).

При изменении тока iк во времени форма кривой распределения не изменяется, изменяется лишь величина НС Fк и, соответственно, индукции В, следовательно, при синусоидально изменяющемся во времени токе iк в зазоре машины возникает пульсирующие магнитное поле.

Прямоугольная функция распределения индукции В в зазоре может быть разложена на гармонические составляющие по геометрическому (пространственному) углу б (1-я, 3-я и т.д. нечетные гармоники). Первая гармоника МДС изображена на рисунке пунктиром.

Чтобы приблизить форму кривой распределения поля в зазоре к синусоидальной, требуется уменьшить состав высших пространственных гармоник с номерами 3, 5, 7 и т.д. Эта задача решается использованием некоторых приемов выполнения обмоток М~Т:

а) Распределение фазных обмоток. Обмотка (рисунок )выполняется в виде катушечной группы, т.е. одна сторона катушки содержит несколько проводников, пространственно сдвинутых друг относительно друга (сдвиг характеризуется коэффициентом распределения Кр). Такая обмотка называется концентрической распределенной.

б) Укорочение обмотки. В этом случае обмотка выполняется двухслойной и с укороченным шагом, характеризующимся коэффициентом укорочения Ку. Схема такой обмотки и диаграмма распределения МДС приведены на рисунке.

в) Скос пазов статора или ротора, величина скоса задается коэффициентом скоса Кс).

Перечисленные меры позволяют улучшить форму кривой распределения индукции В зазоре, но снижают величину индуцированной в обмотке ЭДС первой гармоники. Это снижение характеризуется обмоточным коэффициентом К0=КрКуКс.

В системах автоматического управления используются специальные микромашины - вращающиеся трансформаторы, у которых выходные напряжения должны изменяться по синусоидальному закону с высокой точностью. У этих машин обмотки статора и ротора выполнены так, что количество витков в пазах изменяется по синусоидальному закону в пределах окружности зазора (т.н. "точные" обмотки).

Обмотки трехфазных машин между собой обычно соединены "звездой". Однако АД малой мощности часто выпускаются универсальными, т.е. на лобовой щиток выводят как начала, так и концы фазных обмоток. Это позволяет использовать их при двух питающих напряжениях (например, 220 и 380 В, 127 и 220 В), изменяя схему соединения обмоток на "звезду" или на "треугольник" (рисунок ).

Размещено на Allbest.ru