Основні види машин змінного струму
Машини змінного струму за кількістю фаз діляться на багато фазні і однофазні. Найбільш часто машини виконуються трифазними відповідно до застосовуваної в енергетичних установках системою трифазного струму. Для автоматичних пристроїв і для побутових електроприладів застосовуються двофазні машини і іноді однофазні. В основі роботи багатофазних машин і деяких однофазних лежить утворення обертового магнітного поля.
Кожна машина змінного струму, так само як машина постійного струму, складається з статора і ротора. За способом утворення магнітного поля статора і ротора машини змінного струму поділяються на дві групи: асинхронні і синхронні.
А. Асинхронная машина. Асинхронною машиною називається машина змінного струму, у якої швидкість обертання ротора залежить від навантаження. Магнітне поле в асинхронної машині створюється змінним струмом обмоток статора і ротора. Швидкість обертання ротора відрізняється від швидкості обертання поля.
Асинхронні машини діляться на безколекторні і колекторні. Безколекторні асинхронні машини є найбільш поширеними електричними машинами в народному господарстві і застосовуються головним чином в якості двигунів. Колекторні асинхронні машини мають більшу різноманітність характеристик в порівнянні з безколекторними, використовуються також в якості двигунів, але мають обмежене застосування.
Основним типом асинхронної безколекторним машини є трифазний двигун в двох головних виконаннях: двигун з фазною обмоткою ротора (рис. 1, а) і двигун з короткозамкненою обмоткою ротора (рис. 1,6). Конструктивні схеми цих машин показані на рис. 1, де 1 - сердечник статора, зібраний з листової електротехнічної сталі, 2 - трифазна обмотка статора, що включається в мережу змінного струму, 3 - сердечник ротора, 4 - фазна обмотка ротора, 5 - контактні кільця для з'єднання з пусковим або регулювальним реостатом, 6 - короткозамкнутая обмотка ротора.
Мал. 1. Конструктивна схема трифазного асинхронного двигуна: а - з фазною обмоткою ротора, б - з короткозамкненою обмоткою ротора
Б Синхронна машина. Синхронної машиною називається така машина змінного струму, швидкість обертання ротора якої дорівнює швидкості обертання першої гармоніки поля статора і визначається
Мал. 2. Конструктивна схема трифазного синхронного генератора
частотою / змінного струму в обмотці статора і кількістю пар полюсів машини
(1)
Як правило, магнітне поле в синхронній машині створюється обмоткою постійного струму ротора і обмоткою змінного струму статора. У синхронних машинах малої потужності замість обмотки постійного струму на роторі використовуються постійні магніти (магні-
тоелектріческіе синхронні машини) або ж магнітне поле створюється тільки змінним струмом обмотки статора (реактивні синхронні машини). Синхронні машини широко застосовуються в якості генераторів трифазного змінного струму на електростанціях і використовуються також в якості електродвигунів.
На рис. 2 зображена конструктивна схема трифазної синхронної машини. Тут 1 - сердечник статора, 2 - трифазна обмотка статора, 3 - полюси ротора з обмоткою постійного струму, 4 - кільця для з'єднання обмотки ротора з джерелом постійного струму, 5 - вентилятори.
Мал. 3. Основні типи синхронних машин: а - з явнополюсним ротором, б - з неявнополюсним ротором
По пристрою ротора розрізняють два типу синхронної машини: машина з явнополюсним ротором, в якій котушки обмотки постійного струму розміщені на виступаючих полюсах (рис. 3, а) і машина з неявнополюсним ротором, в якому розподілена обмотка постійного струму покладена в пази ротора (рис. 3,6).
Явнополюсная синхронна машина виготовляється для швидкості обертання до 1500 об / хв і використовується в якості генератора або двигуна. Найбільші синхронні машини встановлюються на гідроелектростанціях та приводяться в обертання водяними турбінами зі швидкістю до 300 об / хв.
Неявнополюсного синхронна машина використовується в основному як генератор на теплових електростанціях і приводиться в обертання паровою турбіною зі швидкістю зазвичай 3000 об / хв (при частоті 50 Гц).
Загальні елементи пристрою і теорії машин змінного струму
Обмотки статора зазвичай приєднуються до мережі змінного струму і створюють обертове магнітне поле, тому пристрій цієї частини асинхронних і синхронних машин виходить однаковим. Сердечник статора виготовляється з листової електротехнічної
сталі товщиною 0,5 мм.
На внутрішній поверхні статора є пази, в які покладена обмотка. Форма паза залежить головним чином від потужності машини.
Мал. 4. Частково відкритий паз
При потужності до 100 кет і напрузі до 500 в застосовуються частково відкриття пази (рис. 4). Ізоляція обмотки від сердечника зазвичай тришарова: два шару електрокартону і між ними шар лакоткани або синтетичної плівки. Загальна товщина ізоляції 0,3-0,7 мм. Сторони 1 м'яких котушок з круглого дроти укладають через відкриття 3 паза по одному або по кілька провідників, потім краю ізоляції загинають і, таким чином, закривають кожен паз. Сторони котушки в пазу утримуються клином 2 з дерева або шаруватого пластику.
Мал. 5. Частково закритий паз і ізоляція обмотки
1 - прокладка з електрокартону просоченого, товщиною 0,2 мм,
2 - стрічка міткалеві впритул, товщиною 0,15 лик, 3 - прокладка з електрокартону, товщиною 0,5 мм, 4 електрокартон просочений, товщиною 0,20 мм в 1 шар, 5 - лакоткань чорна товщиною 0,3 мм в 1 шар , в - електрокартон просочений, товщиною 0,10 мм
впритул, 7 - прокладка з електрокартону товщиною 0,2 мм
Мал. 6. Відкритий паз і ізоляція обмотки
1 - прокладка з електрокартону (товщиною 0,5 лик), 2 - прокладка з міканіти (товщиною 0,2 лик), 3 - мікафолій (9 шарів товщиною 0,25 лш), 4 - електрокартон (1 шар товщиною 0.15 лик), 5 - прокладка з електрокартону товщиною 1,7 лик
Частково закриті пази (рис. 5) застосовуються для машин потужністю до 400 кет і напругою до 500 в. У цьому випадку кожна котушка складається з двох полукатушек, намотаних прямокутним проводом. Полукатушкам надають остаточну форму на спеціальних шаблонах до укладання в пази.
В машинах великої потужності і при напрузі вище 500 в котушки виготовляються з прямокутного проводу і ізолюються до укладання в прямокутні пази (рис. 6).