УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Электрические машины служат для преобразования механической энергии в электрическую (генераторы), электрической энергии в механическую (двигатели), а также для преобразования. частоты переменного тока, одного рода тока в другой, например постоянного тока в переменный, постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (преобразователи).
Электрические машины характеризуются различными показателями, в число которых входят номинальные мощность, напряжение, режим работы, ток, условия применения, частота вращения, а также коэффициент полезного действия и другие данные, относящиеся к электрическим машинам ц определяющие допустимые -режимы их работы.
Номинальная мощность электрических машин (выражаемая в ваттах, киловаттах и мегаваттах) для генераторов постоянного тока — полезная мощность на зажимах машины; для генераторов переменного тока — полная электрическая мощность при номинальном коэффициенте мощности; для электродвигателей — полезная механическая мощность на валу.
Номинальным является напряжение, соответствующее номинальному режиму работы электрической машины. Номинальное напряжение трехфазной электрической машины — ее междуфазное (линейное) напряжение.
Номинальным называют такой режим работы на который электрическая машина рассчитана и для которого она предназначена предприятием-изготовителем. Номинальный режим указывается на заводском щитке машины.
Номинальный ток — это ток, соответствующий номинальному режиму работы электрической машины.
Номинальные условия применения электрической машины обычно оговорены в стандарте или технических условиях на данную машину.
Номинальной называют частоту вращения, соответствующую работе электрической машины при номинальном напряжении, мощности, частоте тока и номинальных условиях применения.
Коэффициентом полезного действия (кпд) является отношение полезной, (отдаваемой) активной мощности электрической машины к затрачиваемой (подводимой) активной мощности.
Нагрузкой электрической машины называют мощность, которую она развивает в данный момент времени, а перегрузкой — превышение фактической нагрузки машины над ее номинальной нагрузкой. Перегрузку выражают в процентах или долях номинальной нагрузки.
Рабочая температура активной части электрической машины — установившаяся температура этой части, соответствующая номинальному режиму работы при неизменной номинальной температуре охлаждающей среды.
Превышением температуры отдельной части электрической машины называют разность между температурой этой части и охлаждающей среды.
Электрические машины бывают одностороннего и двустороннего направления вращения. Электрические машины одностороннего вращения смогут иметь правое или левое направление вращения. Правым направлением вращения машины с односторонним приводом считается вращение по часовой стрелке, если смотреть на машину со стороны присоединения ее к первичному двигателю или рабочему механизму: левым соответственно будет направление вращения электрической машины против часовой стрелки.
Электрическая машина обладает свойством обратимости, т. е. способностью работать в режиме генератора электрического тока, если привести ее в движение каким-либо первичным двигателем, и, наоборот, в режиме электродвигателя, если подвести к ней электрическое напряжение. Электрическая машина, работающая в качестве двигателя, преобразует подводимую к ней электрическую энергию в механическую, используемую для приведения в действие различных механизмов и станков. Эта же машина может вырабатывать электрическую энергию, если будет приведена в действие двигателем внутреннего сгорания или паровой турбиной и возбуждена от постороннего источника электроэнергии, т. е. будет работать в режиме генератора. Однако каждая электрическая машина, выпускаемая машиностроительным заводом, обычно предназначается для одного определенного режима работы — в качестве генератора или электродвигателя.
По принципу действия различают синхронные и асинхронные электрические машины переменного тока и машины постоянного тока.
Синхронной называют электрическую машину переменного тока, частота вращения которой находится в строго постоянном соотношении с частотой вращения магнитного поля или частотой сети. Основными частями синхронной машины являются статор, несущий обмотку переменного тока, и ротор, на котором размещена обмотка возбуждения, питаемая через контактные кольца постоянным током от возбудителя или через выпрямители.
Синхронные машины выпускают с явнополюсным и неявнополюсным ротором. Они используются в современном производстве в качестве двигателей при необходимости постоянной частоты вращения, а на электростанциях и в электроустановках — в качестве синхронных генераторов и компенсаторов.
Асинхронной называют электрическую машину переменного тока, у которой частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. Асинхронные двигатели делятся на коллекторные и бесколлекторные. Преимущественное распространение получили бесколлекторные асинхронные электрические машины, применяемые там, где не требуется постоянная частота вращения. Асинхронные бесколлекторные электродвигатели бывают двух исполнений по ротору: с короткозамкнутым и фазным.
Асинхронные двигатели с фазным ротором снабжены контактными кольцами, установленными на одном валу с ротором. Преимущества электродвигателей с фазным ротором перед двигателями с короткозамкнутым сострят главным образом в том, что они позволяют регулировать в широких пределах пусковой момент, силу пускового тока и частоту вращения. Асинхронные двигатели с фазным ротором используют для привода механизмов, требующих регулирования частота вращения, а также в нерегулируемом приводе с тяжелыми условиями пуска, например, подъемно-транспортных Механизмов.
Электрические машины постоянного тока применяются в качестве первичных двигателей и генераторов постоянного тока.
Машина постоянного тока состоит из неподвижной станины с главными и добавочными полюсами, вращающегося якоря с обмоткой и коллектором, подшипниковых щитов и траверсы с щеткодержателями. Она обратима, т. е. может работать в режиме двигателя или генератора (например, двигатели электрифицированного транспорта).
По способу питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока бывают с независимым возбуждением, в которых питание подается в эту обмотку от постороннего источника тока (выпрямителя, аккумулятора, сети постоянного тока) и с самовозбуждением, в которых питание — от самого генератора. В зависимости от способа соединения обмоток возбуждения с обмоткой якоря различают электрические машины постоянного тока: параллельного возбуждения или шунтовые; последовательного возбуждения; смешанного возбуждения, имеющие на общих главных полюсах две (параллельную и последовательную) обмотки.
