Электрические машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрические машины



1. Общие сведения об электрических машинах

Электрическая машина - это устройство, предназначенное для взаимного преобразования механической и электрической энергий.

Электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию, называется электрическим генератором.

Электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую энергию, называется электрическим двигателем.

Принцип обратимости машин: одна и та же машина может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.

Электрическая машина состоит из статора (неподвижной части) и ротора (подвижной части).

Классификация электрических машин:

1. По роду тока (постоянного тока, переменного тока, однофазные, трехфазные).

2. По назначению (двигатели, генераторы, преобразователи частоты, датчики и т.д.).

3. По соотношению скорости вращения ротора и магнитного поля статора (асинхронные и синхронные).

4. По конструктивному исполнению:

а) по способу крепления (на лапах, фланцах, выносных подшипниковых стойках);

б) по способу защиты от окружающей среды (открытые, защищенные, закрытые, взрывобезопасны и т.д.);

в) по способу охлаждения (естественное, принудительное, воздушное, водородное).

Разновидности электрических машин можно представить в виде блок - схемы:



2. Электрические машины постоянного тока

2.1 Устройство машины постоянного тока

Рис. 5.1

Статор (индуктор):

1 - корпус (выполняется из стали, служит магнитопроводом);

2 - сердечник основных магнитных полюсов (выполняется из отдельных пластин электротехнической стали);

3 - обмотка возбуждения (выполняется из изолированного медного провода, служит для создания рабочего магнитного потока машины);

4, 5 - сердечник и обмотка дополнительных магнитных полюсов (служат для улучшения работы машины);

6 - щетки (выполняются из графита или с добавками, служат для подачи или снятия напряжения).

Ротор (якорь):

7 - вал (предназначен для передачи вращающего момента);

8 - сердечник якоря (выполняется из отдельных пластин электротехнической стали);

9 - обмотка якоря (выполняется из изолированного медного провода);

10 - коллектор (состоит из медных пластин, разделенных миканитом, служит в качестве выпрямителя или инвертора в зависимости от назначения машины).

2.2 Принцип действия генератора постоянного тока

При вращении обмоток ротора в магнитном поле статора согласно закону электромагнитной индукции в них будет возникать ЭДС:

Е = СЕnФ,

где СЕ - постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных данных машины, Ф - магнитный поток машины постоянного тока, n - - скорость вращения ротора.



Рис. 5.2

Направление этой ЭДС будет определяться по правилу правой руки. Так как обмотка ротора замкнута на коллектор, то в обмотке ротора будет протекать ток. Чтобы ток во внешней цепи имел одно направление, используется коллектор. Напряжение на выходе генератора будет определяться выражением: U = E - IЯRЯ.

2.3 Виды генераторов постоянного тока

Различают генераторы с независимым возбуждением (рис.5.3а) и самовозбуждением (рис.5.3б,в,г).

В зависимости от способа соединения обмотки возбуждения и обмотки якоря генераторы с самовозбуждением подразделяются на генераторы параллельного возбуждения (б), генераторы последовательного возбуждения (в) и генераторы смешанного возбуждения (г).

Схемы генераторов:

Рис. 5.3

2.4 Характеристики генераторов постоянного тока

Эксплуатационные свойства генераторов постоянного тока оцениваются двумя характеристиками:

1. внешняя характеристика (зависимость напряжения на выходе генератора от тока якоря при IВ = const и n = const). Внешняя характеристика определяется выражением U = E - IЯRЯ (*);

2. регулировочная характеристика (зависимость тока возбуждения от тока якоря при U = const и n = const). Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения при различном токе нагрузке для поддержания напряжения на выходе генератора постоянным.

Характеристики генератора независимого возбуждения:



Рис. 5.4

Внешняя характеристика (рис.5.4).

При увеличении тока нагрузки (якоря) увеличивается падение напряжения на обмотке якоря UЯ и согласно выражению (*) напряжение на выходе генератора уменьшается.

IЯ^ > UЯ^ > Uv

Рис. 5.5

Регулировочная характеристика (рис.5.5)

С ростом нагрузки необходимо компенсировать падение напряжения в цепи якоря и размагничивающее действие якоря увеличением ЭДС. А для этого следует увеличивать ток возбуждения.

IЯ^ > UЯ^ > Uv > IВ^ > Е^ > U^ = const

Характеристики генератора параллельного возбуждения:

Рис. 5.6

Внешняя характеристика (рис.5.6)

Внешняя характеристика проходит ниже, так как помимо падения напряжения на обмотке якоря, размагничивающего действия реакции якоря, происходит уменьшение тока возбуждения под действием этих причин.

IЯ^ > UЯ^ > Uv > IВv> Еv > Uv.

При IКР генератор размагничивается.

Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика по выше указанным причинам проходит выше.

Характеристика генератора последовательного возбуждения:



Рис. 5.7

Внешняя характеристика (рис.5.7)

Первоначально, с ростом тока нагрузки увеличивается ток возбуждения, а, следовательно, и магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения, что приводит к росту ЭДС и увеличению выходного напряжения:

электрический машина ток асинхронный

IВ = IНАГР^ > Ф^ > Е^ > U^.

Но затем наступает насыщение и усиливается размагничивающее действие тока якоря, что приводит к уменьшению выходного напряжения.

Характеристика генератора смешанного возбуждения:

Рис. 5.8

Внешняя характеристика (рис.5.8)

Изменяя параметры последовательной и параллельной обмоток возбуждения, можно добиться получения различного вида характеристик.

2.5 Принцип действия двигателя постоянного тока

Если к щеткам А и В подвести напряжение U от источника постоянного тока, то в обмотке якоря появится ток. В результате взаимодействия тока якоря с магнитным полем статора на обмотку якоря будут действовать две электромагнитных силы FЭМ, равные по величине и противоположные по направлению. Эти силы создадут вращающий момент, под действием которого виток обмотки стремится расположиться так, чтобы его пронизывал максимальный магнитный поток. По инерции виток продолжит движение, благодаря коллектору направление тока в нем изменится, и на него вновь будет действовать вращающий момент в том же направлении.

Рис. 5.9

Чтобы изменить направление вращения двигателя постоянного тока, необходимо изменить полярность напряжения, подаваемого на обмотки якоря, или изменить направление магнитного поля статора.

2.6 Виды двигателей постоянного тока и их характеристики. способы регулирования скорости двигателей постоянного тока

В зависимости от способа возбуждения различают четыре типа двигателей постоянного тока:

- двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (обмотка возбуждения питается от отдельного источника или возбуждение осуществляется постоянными магнитами);

- двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением (обмотка возбуждения и обмотка якоря подключены параллельно к одному источнику);

- двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением (обмотка возбуждения подключена последовательно обмотке якоря);

- двигатель постоянного тока со смешанным возбуждением (имеет две обмотки возбуждения - последовательную и параллельную, намотанные на одни и те же полюса).

Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются двумя характеристиками:

* механической характеристикой (зависимость частоты вращения n от вращающего момента М);

* электромеханической характеристикой (зависимость частоты вращения n от тока якоря).

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением:



Рис. 5.10

Рис. 5.11

Механическая характеристика представляет наклонную прямую, выходящую из точки n0, где - скорость идеального холостого хода) Характеристика при Rдоб = 0 называется естественной. Характеристики, полученные при введении добавочного сопротивления в цепь ротора, называются искусственными.

Электромеханическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением также представляет прямую линию и отличается от механической масштабом.

Скорость вращения двигателя постоянного тока можно регулировать тремя способами:

1) изменяя сопротивление в цепи якоря;

Рис. 5.12

При увеличении сопротивления в цепи якоря, уменьшается величина напряжения, подводимого к обмоткам якоря, что приводит к уменьшению скорости вращения.

Недостаток: неэкономичность, большие потери в реостате.

2) изменяя подводимое к цепи якоря напряжение;

Рис. 5.13

При уменьшении напряжения уменьшается скорость холостого хода, но наклон характеристики остается при этом неизменным.

Недостаток: увеличение напряжения приводит к ухудшению коммутации. 3) изменяя магнитный поток главных магнитных полюсов Ф с помощью регулировочного реостата Rр.

Рис. 5.14

При увеличении сопротивления в цепи обмотки возбуждения уменьшается магнитный поток, что приводит к увеличению скорости холостого хода. (Rp^ > IBv > Фv > n0^).

Недостаток: магнитный поток можно увеличивать не более, чем в два раза, т.к. увеличение скорости приводит к ухудшению коммутации.

Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением:

Рис. 5.15



Рис. 5.16

Из механической характеристики видно, что при уменьшении момента на валу до нуля, скорость вращения стремится к бесконечности, т.е. двигатель «идет в разнос».

Скорость вращения двигателя постоянного тока можно регулировать тремя способами:

1) изменяя сопротивление в цепи якоря;

Рис. 5.17

2) изменяя напряжение сети;



Рис. 5.18

Увеличивая сопротивление реостата Rр3, уменьшается величина напряжения, подводимого к обмотке якоря, что приводит к уменьшению скорости вращения

3) изменяя поток возбуждения (путем включения реостатов параллельно обмотке якоря или обмотке возбуждения).

Если реостат включается параллельно обмотке возбуждения, то магнитный поток уменьшается от номинального до минимального и скорость вращения увеличивается (рис.5.19).

Если реостат включается параллельно обмотке якоря, то магнитный поток увеличивается, а частота вращения уменьшается (рис.5.20).

Рис. 5.19



Рис. 5.20

Двигатель постоянного тока со смешанным возбуждением:

Рис. 5.21

Рис. 5.22

Механическая характеристика двигателя со смешанным возбуждением (3) располагается между характеристиками двигателя с параллельным возбуждением (2) и двигателя с последовательным возбуждением (1). Такая характеристика позволяет получить значительный пусковой момент и исключает возможность разноса двигателя при холостом ходе.

Регулирование скорости осуществляется аналогично двигателю с параллельным возбуждением.

2.7 Устройство трехфазного асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель (АД) состоит из статора и ротора

Статор включает в себя корпус, сердечник и обмотки. Сердечник выполняется из листов электротехнической стали толщиной 0,35 - 0,5 м, на листы нанесена изоляция. В листах выштампованы пазы для размещения обмотки. Листы скрепляются скобами, сваркой или шпильками. В пазы статора укладывается обмотка, изготовленная из прямоугольного или круглого провода. Обмотки соединяются двумя способами: звездой и треугольником. Соединение происходит в коробке выводов (рис.5.24)

Соединение «звездой»

Соединение «треугольником»

Рис. 5.24

Ротор асинхронного двигателя состоит из вала, сердечника (состоит из пакета листов электротехнической стали с выштампованными пазами).

В короткозамкнутых роторах пазы заливаются алюминием, одновременно отливаются короткозамыкающие торцовые кольца и вентиляционные лопасти. В более крупных машинах в пазы ротора вставляются медные (бронзовые, латунные) стержни, концы которых ввариваются в короткозамыкающие кольца. Такая обмотка называется «беличьей клеткой».

В двигателях с фазным ротором в пазы ротора укладывают обмотку из круглого провода. Одни концы соединяются звездой, а другие подсоединяются к контактным кольцам, установленным на вал двигателя. По кольцам скользят графитовые щетки.

2.8 Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

При включении обмоток статора в трехфазную сеть вокруг них возникает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения магнитного поля статора называется синхронной и рассчитывается по формуле:

,

где f1 - частота тока в обмотках статора, р - число пар полюсов магнитного поля статора.

Для получения вращающегося магнитного поля должно выполняться два условия:

- обмотки статора должны быть смещены друг относительно друга в пространстве;

- токи в обмотках должны быть смещены по фазе друг относительно друга.

Направление вращения магнитного поля статора зависит от порядка чередования фаз. Чтобы изменить направление вращения, необходимо поменять местами любые две фазы (рис.5.25).

Рис. 5.25

Рис. 5.26

Вращающееся магнитное поле статора пересекает обмотки ротора и наводит в них ЭДС взаимоиндукции. Так как обмотка ротора замкнута, то в ней будут протекать токи.

Взаимодействие этих токов с магнитным полем статора создает на роторе электромагнитные силы FЭМ, направление которых определяется по правилу левой руки. Эти силы стремятся повернуть ротор в направлении вращения МП статора. Совокупность сил создает электромагнитный момент М, приводящий ротор во вращение со скоростью n2 (рис.5.26). Частота вращения n2 называется асинхронной.

Относительное отставание ротора от магнитного поля статора называется скольжением: . Механическая характеристика асинхронного двигателя

Рис. 5.27

Механическая характеристика асинхронного двигателя - это зависимость скорости вращения двигателя от электромагнитного момента.

n1 - скорость вращения в режиме холостого хода;

nном - номинальная скорость вращения ротора;

nк - критическая скорость вращения;

Мном - номинальный электромагнитный момент;

Мп - пусковой электромагнитный момент;

Мmax - максимальный электромагнитный момент;

Н - точка, соответствующая номинальному режиму работы электродвигателя;

К - точка, соответствующая критическому режиму работы электродвигателя;

П - точка, соответствующая пуску электродвигателя.

2.9 Способы пуска асинхронного двигателя

1. Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Прямой пуск - непосредственное включение обмоток статора в сеть на номинальное напряжение.

Рис. 5.28

При этом в момент включения возникают большие пусковые токи Iп = (5 - 7) Iном (рис.5.28). Данный способ применим для двигателей мощностью меньше 50 кВт.

Для уменьшения пусковых токов применяют специальную конструкцию КЗ ротора: двигатель с глубоким пазом; с двойной беличьей клеткой.

Пуск при пониженном напряжении - на обмотку статора подается пониженное напряжение. Напряжение можно регулировать с помощью включения добавочных сопротивлений в цепь статора (рис.5.29 а ), автотрансформатора (рис. 5. 29б ), полупроводникового регулятора напряжения. Также, если при нормальной работе двигателя соединены «треугольником», то при пуске они первоначально соединяются «звездой» (рис. 5. 29 в ). При этом пусковые токи уменьшаются в три раза.

Основным недостатком этих методом является снижение пускового момента.



Рис. 5.29 а

Рис. 5.29 б



Рис. 5.29 в

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора, как это показано на рис. 5.30.

В момент пуска рабочая точка на механической характеристике находится в положении а, и при разгоне двигателя она перемещается по кривой 1, соответствующей полностью включенному реостату. При моменте, соответствующем точке е, выключается первая ступень реостата, и момент скачком увеличивается до точки b - рабочая точка переходит на кривую 2 и т.д., пока обмотка ротора не будет замкнута накоротко.

Рис. 5.30

2.10 Однофазные асинхронные двигатели

1. Однофазный АД - в пазах статора уложена однофазная обмотка, ротор является короткозамкнутым (рис.5.31)

Рис. 5.31

При включении обмотки статора в однофазную сеть возникает пульсирующее магнитное поле, вектор магнитной индукции которого неподвижен в пространстве, а меняет только направление и величину. Однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно прийти во вращение при подключении к сети, т.к. пусковой момент равен нулю. Для пуска двигателя необходимо придать ротору первоначальный вращающий момент извне.

2. Двухфазные АД. Для создания пускового момента в однофазной сети используют двигатели, имеющие две обмотки.

Для создания кругового вращающегося поля должны выполняться два условия:

- обмотки смещаются друг относительно друга на 90є;

- токи в обмотках должны быть сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90є.

Для создания сдвига фаз используется фазосдвигающий элемент - конденсатор.

Рис. 5.32



Рис. 5.33

Пусковая обмотка выполняется из тонкого провода с большим количеством витков. Включается на непродолжительное время.

Иногда пусковая обмотка выполняется бифилярной, в этом случае ее можно включить без фазосдвигающего элемента.

А асинхронном конденсаторном двигателе после пуска вспомогательная обмотка не отключается, она имеет такое же сопротивление, как и рабочая обмотка.

Для повышения пускового момента параллельно рабочей емкости включается пусковая емкость.



3. Синхронные машины

Синхронная машина - это машина, у которой скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля статора и не зависит от нагрузки на валу.

3.1 Устройство синхронной машины

Статор синхронной машины устроен так же, как и статор асинхронной машины.

Ротор выполняется в виде постоянного магнита или электромагнита. Электромагниты могут выполняться двумя способами:

- с явно выраженными полюсами (рис. 5.34 );

Рис. 5.34

Состоит из нескольких полюсов, снабженных полюсными наконечниками, на которых располагается обмотка возбуждения. На нее с помощью контактных колец и щеток подается постоянное напряжение.

- с неявно выраженными полюсами (рис. 5.35 )



Рис. 5.35

Сердечник выполняется в виде цилиндра, в пазы которого укладывается обмотка возбуждения.

Принцип действия синхронного двигателя

Принцип действия также основан на использовании вращающегося магнитного поля N1S1, которое возникает вокруг обмоток статора при включении их в трехфазную сеть.



Рис. 5.36

При подаче напряжения на обмотки возбуждения создается постоянное магнитное поле ротора N2S2. Разноименные магнитные полюса двух магнитных полей притягиваются друг к другу, и ротор вовлекается во вращение с такой же скоростью, что и вращается поле статора, т.е. n1 = n2 (рис.5,36).

3.3 Рабочие характеристики синхронного двигателя

1) n2 = f(P2), т.к. у СД n2 = n1, то при изменении мощности Р2 скорость вращения двигателя не меняется, характеристика параллельна оси абсцисс;

2) график М2 = f(P2) представляет прямую, проходящую через начало координат; т.к. М2 = 9,55*P2/n2, а n2 = const;

3) Р1 = f(Р2), Р1 -- мощность на входе двигателя.



Рис. 5.37

Она отличается от полезной мощности Р2 на величину потерь: Р1 = Р2 +?ДР

С ростом нагрузки растут потери, поэтому потребляемая мощность Р1 растет быстрее полезной мощности и график Р1 = f(Р2) немного криволинейный.

4) I1 = f(P2) - потребляемый ток растет быстрее, чем потребляемая мощность, т.к. уменьшается cos ц1 (P1/(m1U1*cos ц1)) m1-число фаз в обмотке статора

5) Соs ц1 = f(P2); ток возбуждения устанавливают таким образом, чтобы при средней нагрузке cos ц = 1.

При уменьшении или увеличении нагрузки от этого положения cos ц уменьшается.

Режим работы c cos ц = 1 является наиболее экономичным, т.к. двигатель развивает заданную механическую мощность при наименьшем, чисто активном токе статора. С целью улучшения cos ц сети обычно в эксплуатации синхронный двигатель перевозбуждают, при этом возрастает перегрузочная способность двигателя. Перевозбуждение приводит к тому, что токи статора будут опережать по фазе напряжение, т.е. синхронная машина станет как - бы большим конденсатором, компенсируя тем самым индуктивные токи асинхронных двигателей и трансформаторов. Такая синхронная машина получила название синхронный компенсатор.

3.4 Способы пуска синхронного двигателя

Пуск синхронного двигателя сопряжен с трудностями. Если статорную обмотку включить в трехфазную сеть, а обмотку возбуждения питать от источника постоянного напряжения, то ротор не сдвинется с места -- из-за инерционности ротора вращающее поле статора не успевает сцепиться с неподвижным полем ротора.

Применяется два вида пуска синхронного двигателя:

1. с помощью разгонного двигателя -- ротор синхронного двигателя предварительно раскручивается дополнительным двигателем до скорости близкой к синхронной, затем на обмотки статора и ротора подается напряжение, и ротор синхронного двигателя втягивается в синхронизм;

2. асинхронный пуск синхронного двигателя (рис.5.38) -- для осуществления асинхронного пуска ротор синхронного двигателя снабжается специальной пусковой короткозамкнутой обмоткой из медных или алюминиевых стержней типа беличьей клетки.



Рис. 5.38

При включении обмотки статора на трехфазное напряжение двигатель за счет КЗ обмотки начинает работать как асинхронный. При этом обмотку возбуждения необходимо замкнуть на пусковой реостат Rп, сопротивление которого в 8-10 раз больше, чем сопротивление обмотки возбуждения (если оставить обмотку возбуждения разомкнутой, то в ней при пуске вращающимся полем статора будет наводиться значительная ЭДС, опасная для изоляции).

Когда частота вращения ротора двигателя достигнет примерно 95 % скорости вращения магнитного поля статора, пусковой реостат отключают, а обмотку возбуждения включают на постоянное напряжение Uпит. Полюса полей статора и ротора вступают во взаимодействие, двигатель втягивается в синхронизм.

Принцип действия синхронного генератора. Параллельное включение генераторов.

Работа синхронных генераторов основана на принципе электромагнитной индукции. Если через неподвижные щетки, скользящие по двум вращающимся кольцам, к обмоткам ротора подвести постоянный ток, то магнитный поток им создаваемый будет при вращении ротора (осуществляемого от турбины) индуцировать в обмотках статора ЭДС. Так как обмотка статора пересекается магнитным потоком, который изменяет при вращении ротора свое направление, то индуцируемая ЭДС будет переменной.

Для включения на параллельную работу синхронных генераторов должны выполняться следующие условия:

1. Действующие значения ЭДС и частоты генераторов должны быть равны действующему напряжению сети и ее частоте.

2. Напряжения генераторов и сети должны совпадать по фазе.

3. Порядок следования фаз генераторов и сети должен быть один и тот же.

Процесс выполнения перечисленных условий при включении на параллельную работу называется синхронизацией.

3.5 Машины автоматических устройств

3.5.1 Тахогенераторы

Тахогенераторы служат для измерения частоты вращения по значению выходного напряжения, а также для получения электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения вала в схемах автоматического регулирования (в качестве датчиков скорости).

Тахогенераторы постоянного тока.

Тахогенераторы постоянного тока (ТГПТ) представляют собой генераторы с независимым возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 5.39).

Рис. 5.39

При вращении якоря в нем возникает ЭДС: E = CeФn

При постоянном магнитном потоке Е = Кn, т.е. она пропорциональна скорости.

Конструктивная особенность тахогенератора постоянного тока: отношение 1 / d -- значительное.

Рис. 5.40

Точность работы тахогенератора определяется его выходной характеристикой U=f(n) (рис.5.40).

Выходная характеристика выходит из начала координат и в режиме холостого хода, когда Е=UГ, является прямолинейной (характеристика 1).

При работе под нагрузкой на характеристику будет влиять реакция якоря и она становится криволинейной (характеристика 2). Чтобы уменьшить криволинейность, надо ограничить ток якоря, что приведет к уменьшению влияния реакции якоря.

Также при работе под нагрузкой имеет место падение напряжения в щеточном контакте, что приводит к появлению зоны нечувствительности ЗН (характеристика З). Для уменьшения зоны нечувствительности сопротивление щеток должно быть меньше, а сопротивление нагрузки больше.

Достоинства: линейность характеристики; большая ее крутизна; малая потребляемая мощность; минимальная погрешность.

Недостатки: наличие зоны нечувствительности; пульсация выходного напряжения (из-за работы коллектора); искрение; высокочастотные помехи.

Асинхронный тахогенератор.

На статоре расположены две обмотки под углом 90°:возбуждения и генераторная.

На обмотку возбуждения подается переменное напряжение UВ определенной частотой f (рис.5.41).

Когда ротор неподвижен, то переменный поток возбуждения наводит в роторе ЭДС (как в трансформаторе). В роторе будет протекать ток, магнитный поток которого направлен встречно потоку возбуждения.

Рис. 5.41

Рис. 5.42

На генераторную обмотку эта ЭДС никакого влияния не оказывает, т.к. она расположена перпендикулярно магнитному потоку возбуждения. При вращении ротора в генераторной обмотке будет создаваться ЭДС: Eг = 4,44КобfwгФmг

Недостатки: нелинейная выходная характеристика (рис.5.42); меньшая крутизна (0,01 В / об/мин); возможность появления на генераторной обмотке некоторого напряжения, когда ротор стоит.

Сельсины

Сельсин -- машина, служащая для синхронного поворота или вращения двух или нескольких механически не связанных осей. selsyn -- два английских слова: sе1f и synchronizing (самосинхронизирующийся).

Сельсины имеют две обмотки: однофазную обмотку возбуждения и синхронизирующую обмотку, состоящую из трех фаз, расположенных под углом 120є относительно друг друга и соединенных звездой. Одна из обмоток расположена на статоре, а другая - на роторе (рис.5.43).

Рис. 5.43

Одна из обмоток расположена на статоре, а другая - на роторе (рис.5.43).

При включении обмотки возбуждения в цепь переменного тока создается магнитный поток, который наводит ЭДС в обмотках синхронизации. Величина ЭДС будет зависеть от расположения обмоток. Сельсины могут работать в двух режимах:

- индикаторном

- трансформаторном

Рис. 5.44

При индикаторном режиме работы (рис.5.44) используется два одинаковых сельсина: сельсин -- датчик (СД), связан с ведущим валом; сельсин -- приемник (СП), связан с ведомым валом.

Если соответствующие синхронизирующие обмотки СД и СП расположены под одинаковым углом к обмотке возбуждения, то в них возникают ЭДС равные по величине и направленные встречно. Ток в обмотках будет отсутствовать, и система синхронизации находится в состоянии покоя, т.е. вращающий момент отсутствует.

Если ротор СД повернуть на какой-то угол, то равенство ЭДС датчика и приемника нарушится, появится ток в обмотке синхронизации СП. Взаимодействие потока возбуждения с током в обмотке синхронизации создаст вращающий момент приемника, и ротор повернется на определенный угол.

3.5.3 Вращающиеся трансформаторы

Вращающиеся трансформаторы применяются в автоматических устройствах для получения переменного напряжения, представляющего собой определенную функцию угла поворота б. Различают синусные (u =Umsin б), косинусные (u = Umcos б), синусно -- косинусные и линейные (u = Kб) вращающиеся трансформаторы.

Рис. 5.46

Синусно -- косинусные вращающиеся трансформаторы конструктивно подобны машинам с фазным ротором. На статоре размещаются две обмотки, сдвинутые между собой на 90°. Одна обмотка S называется главной, вторая К -- вспомогательной или квадратурной. Они имеют одинаковое число витков и одинаковое сечение. Ротор имеет обмотки А и В, расположенные также перпендикулярно друг другу (имеют одинаковое количество витков и сечение) (рис.5.46). Обмотки статора и ротора располагаются в пазах. Статор и ротор набираются из электротехнической стали.

При подключении обмотки к источнику переменного напряжения возникает пульсирующий магнитный поток Ф. Если нагрузка отсутствует, то в обмотках будут наводиться ЭДС: EA=ESK*sin(б); EB=ESK*cos(б), где ES -- ЭДС статорной обмотки (ES ? U), К - коэффициент пропорциональности (K = ?B / ?S - коэффициент трансформации)

Шаговые двигатели

Шаговые двигатели применяются для преобразования электрических сигналов (импульсов напряжения) в угловые или линейные дискретные (скачкообразные) перемещения (шаги). Получили распространение в схемах автоматики, где управляющие сигналы задаются в форме импульсов.

Статор выполняется явнополюсным, на каждом полюсе размещена обмотка, которая очень часто разбивается на полуобмотки (это позволяет увеличивать число устойчивых положений). Ротор может быть активным (АШД) и реактивным (РШД). Активный ротор выполняется в виде постоянного магнита или электромагнита. Реактивный ротор выполняется из магнитомягкого материала (внутри находится постоянный магнит из кобальтовой стали -- магнитотвердый материал с большой коэрцитивной силой). На статоре и роторе имеются зубцы.

Рис. 5.47

Питание обмоток статора осуществляется через электронный коммутатор, который преобразует одноканальную последовательность импульсов в многофазную систему напряжений (рис.5.47).

1 - 2 - 3 - 4 - 1 - 2

Существуют схемы коммутации, которые позволяют включать несколько обмоток (рис.5.48).

1 - 12 - 2 - 23 - 3 - 34 - 4 - 41 - 1 - 12 -

Данная схема коммутации называется несимметричной. Включается то одна, то две обмотки. Это позволяет добиться больше шагов на один оборот. Но при этом момент не одинаков.

Рис. 5.48

Чтобы осуществить реверс, необходимо изменить последовательность коммутации обмоток шагового двигателя.

После подачи питания на обмотки статора возникает электромагнитный момент вследствие взаимодействия магнитных потоков статора и ротора. Этот момент поворачивает ротор в положение наибольшего потокосцепления с обмотками статора (рис.5.49).

Рис. 5.49

Достоинства шагового двигателя: большой момент за счет использования постоянного тока и применения магнитов с большой магнитной индукцией.

Недостатки: скачкообразное перемещение ротора; необходимость синхронизации частоты питающего напряжения со скоростью ротора(иначе произойдет потеря информации).

Размещено на Allbest.ru