Общие сведения об электрических машинах

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).

Преобразование энергии в электрической машине происходит в пространстве, занятом электромагнитным полем. Части электрической машины, непосредственно предназначенные для энергопреобразовательного процесса, называются активными частями. К ним относятся магнитопроводы, проводники обмоток, промежутки между магнитопроводами и проводниками обмоток.

Однако для того чтобы машина могла осуществлять свое назначение, в ней предусмотрен еще целый ряд важных деталей, называемых конструктивными частями, которые не принимают непосредственного участия в процессе преобразования энергии.

Конструктивные части выполняют в машине следующие функции:

-придают частям статора и ротора определенное положение в iпространстве и обеспечивают (или ограничивают) их необходимые степени свободы перемещения;

-передают электрическую энергию от сети к активной зоне машины или механическую энергию от активной зоны к сопряженной машине;

-осуществляют подачу охлаждающего воздуха в машину;

электрически изолируют витки проводников обмоток друг от друга, от магнитопроводов и - конструктивных частей;

защищают активные части машины от повреждений в результате воздействия окружающей среды (влаги, вредных газов, попадания в машину посторонних предметов);

-обеспечивают, безопасную эксплуатацию машины, предотвращая прикосновение обслуживающего персонала к ее вращающимся или находящимся под напряжением частям;

-делают возможным монтаж машины на месте установки!

Электрические машины характеризуются различными показателями, в число которых входят номинальные мощность, напряжение, режим работы, ток, условия применеяия, частота вращения, а также кпд и другие данные, определяющие допустимые режимы их работы.

Режим работы, на который электрическая машина рассчитана и для которого она предназначена предприятием-изготовителем, называют номинальным. Номинальный режим указывают на заводском щите машины.

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.

Напряжение, соответствующее номинальному режиму работы электрической машины является номинальным. Номинальное напряжение трехфазной электрической машины является междуфазным (линейным) напряжением.

Номинальный ток — это ток, соответствующий номинальному режиму работы электрической машины.

Номинальные условия применения электрической машины обычно оговорены в стандарте или ТУ на данную машину.

Частоту вращения, соответствующую работе электрической машины при номинальных напряжении, мощности, частоте тока и условиях применения, называют номинальной.

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 час; я 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 могут иметь правое или левое направление вращения. Правым направлением вращения машины с односторонним приводом считается вращение по часовой стрелке, если смотреть на машину со стороны присоединение 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 электромашиностроительным заводом, обычно предназначается для одного определенного режима работы — режима генератора или электродвигателя.,

По принципу действия различают синхронные и асинхронные электрические машины переменного и постоянного тока.

Электрическую машину переменного тока, частота вращения которой находится в строго постоянном соотношении с частотой вращения магнитного поля или частотой сети, называют синхронной. 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 и используют в современном производстве в качестве двигателей при необходимости постоянной частоты вращения, а на электростанциях и в электроустановках — в качестве синхронных генераторов и компенсаторов.

Электрическую машину переменного тока, у которой частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки, называют асинхронной. Асинхронные двигатели бывают коллекторные и бесколлекторные. Преимущественное распространение получили бесколлекторные асинхронные электрические машины, применяемые, там, где не требуется постоянная частота вращения. Асинхронные бесколлекторные электродвигатели бывают двух исполнений — с короткозамкнутым и фазным роторами.

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют обмотку и снабжены контактными кольцами, установленными на одном валу с ротором. Преимущества электродвигателей с фазным ротором перед двигателями с короткозамкнутым состоят 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 регулировки частоты вращения, а также в нерегулируемом приводе с тяжелыми условиями пуска, например, подъемно-транспортных механизмов.

Электрические машины постоянного тока применяют 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. Машина 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 подается 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.