Карта машины переменного тока

УЧЕБНО МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ЗАНЯТИЯ Тема Электрические машины переменного тока.

Учебно методическая карта ЗАНЯТИЯ № 31-32

Дисциплина «Электротехника и электроника»

Тема Электрические машины переменного тока.

Тип занятия комбинированный

Метод проведения занятия беседа, лекция

Межпредметные связи Учебная и производственная практика

Цели занятия

учебная Создать содержательные и организационные условия для формирование профессиональных знаний и навыков об электрических машинах переменного тока

воспитательная Воспитывать интерес к изучению предмета и осознание его важности в профессии

развивающая Формирование умений применять теоретические знания на практике

Формируемые ОК1-9: ПК1.1; ПК1.6; ПК3.1; ПК3.2; ПК3.3:

Методическое обеспечение занятия

1.Наглядные пособия презентация, электронные плакаты.

2. Раздаточный материал___ Тест ___________________________________________________

3. Технические средства обучения компьютер, проектор

Б.И.Петленко, Ю.М.Иньков, А.В.Крашенинников и др. ; под ред. Ю. М. Инькова Электротехника и электроника, Издательский центр «Академия»,2014. __________________________________________________________________________

1. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Мастерство, 2001 г.

2.Лобзин С.А. Электротехника. Лабораторный практикум. Учебное пособие для среднего профессионального образования. – М.: Академия, 2010.

3.Петленко А.Б., Меркулов Р.В., Крашенинников, и др. Электротехника и электроника: Учебник. – М.: Академия, 2009 Ход занятия

этапа, время, методы обучения

Элементы занятия, учебные вопросы

Добавления, изменения, замечания

Проверка посещаемости, готовности к занятию.

Фронтальный опрос, работа с тестом, работа с электронным учебником для проверки домашнего задания

Целепологание и мотивация

Актуализация:

1.Какой закон физики положен в основу принципа действия трансформатора?

2.От каких величин зависят ЭДС первичной и вторичной обмоток транс-форматора?

3.С какой целью проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора?

Тестовые задания по теме: «Трансформаторы».

1. Главной функцией источника (или блока) питания является:

1.преобразование переменного тока в постоянный;

2.преобразование постоянного тока в переменный;

3.оба ответа верны.

2. Блок питания состоит из трех основных узлов:

1.генератора, трансформатора и конденсаторов;

2. трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра.

3.трансформатора, преобразователя и усилителя.

3. Наиболее распространены три основные схемы выпрямителей:

1.однополупериодная, двухполупериодная и мостовая.

2. однополупериодная, двухполупериодная и трехполупериодная;

3. оба ответа верны.

4. Вторичная обмотка трансформатора работает только половину периода в схеме:

5. Сглаживающий фильтр состоит из элементов:

2.конденсаторов и катушек индуктивности;

3.резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности.

6. Сущность работы сглаживающего фильтра состоит:

1. в замыкании нежелательной переменной через конденсатор;

2.в разделении пульсирующего тока на постоянную и переменную составляющие;

3.в направлении постоянной составляющей на нагрузку.

7. Стабилизатор напряжения предназначен:

1.для обеспечения постоянного выходного напряжения при изменениях входного напряжения;

2.для обеспечения постоянного входного напряжения при изменениях выходного напряжения;

3.верны оба ответа.

8. Какие диоды обычно применяют для УКВ и космической связи (укажите неверный ответ)?

9. Диоды, применяемые в качестве конденсаторов с управляемой емкостью, называют:

10. Полупроводниковым диодом называют:

1.прибор содержащий один р-n переход;

2.прибор содержащий два р-n перехода;

3.оба ответа верны.

11. Прибор в котором в режиме прямого тока в зоне р-n перехода возникает видимое излучение называют?

12. Наиболее часто сглаживающими фильтрами в выпрямителях электронных приборов являются:

1. П-образные LC-фильтры;

2.Н-образные ВC –фильтры;

3. и те и другие.

13. При малых токах нагрузки в качестве сглаживающего фильтра включают:

Отвечают на вопросы.

Сообщение темы и целей занятия

Работа по презентации

Лекция с элементами беседы

Работа с презентацией, электронным учебником.

Первичное усвоение учебного материала

(изложение нового материала по плану):

1.Назначение машин переменного тока и их классификация.

2.Получение вращающегося магнитного поля в трехфазных электродвигателях и генератора.

3.Устройство электрической машины переменного тока: статор и его обмотка, ротор и его обмотка.

Работа по презентации.

Первичное закрепление изученного материала

Обобщение и систематизация знаний

1. На какие виды по назначению подразделяют электрические машины?

2. По роду тока электрические машины делят на машины?

3. Электрические машины по мощности условно подразделяют ?

4. Электрические машины по частоте вращения условно подразделяют ?

5 . Устройство электрической машины переменного тока?

Подведение итогов занятия,

Информатизация домашнего задания

Глава 10 стр. 257-264

Работа с интернет ресурсами: Сообщение на тему: магнитное поле тока, его характеристики.

Ответы на поставленные вопросы.

Получили ли вы сегодня новые знания и умения.

Довольны ли вы уроком.

Что вы хотите пожелать преподавателю.

Преподаватель Дудник В.В.

• Все материалы
• Статьи
• Научные работы
• Видеоуроки
• Презентации
• Конспекты
• Тесты
• Рабочие программы
• Другие методич. материалы

Номер материала: ДБ-395142

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник



Карта машины переменного тока

Асинхронный двигатель. Принцип действия электрических машин переменного тока, которые делятся на синхронные и асинхронные, основан на использовании вращающегося магнитного поля. Они состоят из неподвижной части (статора) и подвижной вращающейся части (ротора). В схемах электроподвижного состава наиболее широко распространен трехфазный асинхронный двигатель. Будучи прост по конструкции, надежен и дешев в эксплуатации, он имеет хорошие механические характеристики. Трехфазная статорная обмотка при включении в сеть переменного тока создает в статоре вращающееся магнитное поле.

Если ротор вращается с частотой, равной частоте вращения магнитного поля статора, то такая частота называется синхронной. Если частота вращения ротора не совпадает с частотой вращения магнитного поля, то такая частота называется асинхронной (асинхронность означает неодновременность, т.е. вращение не в такт, синхронность — это одновременное движение). Асинхронный двигатель может работать только при частоте вращения ротора не равной (меньшей) частоте вращения магнитного поля.

Рассмотрим принцип работы асинхронного двигателя. Если перед полюсами постоянного магнита поместить на оси медный диск 1 (рис. 2.17) и начать вращать магнит вокруг оси, то медный диск станет вращаться в том же направлении. При этом поле магнита пронизывает диск и индуктирует в нем вихревые токи. Направление всякого индуктированного тока таково, что он препятствует причине, его вызвавшей. Силы взаимодействия между полем магнита и вихревыми токами диска стремятся остановить магнит, в результате диск приобретает вращающий момент и следует за магнитом, причем частота вращения диска будет всегда несколько меньше частоты вращения магнита.

Рис. 2.17. Схема, поясняющая принцип действия асинхронного двигателя

В асинхронных двигателях магнит заменен вращающимся магнитным полем, которое создает трехфазная обмотка статора. Оно пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них эдс Если обмотка ротора замкнута, то по ней протекает ток. Взаимодействуя с полем статора, он создает вращающий момент и приводит ротор во вращение по направлению вращения магнитного поля.

Для изменения направления вращения ротора (для реверсирования) следует поменять местами любые два из трех проводов, соединяющих обмотку статора с сетью.

Отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора характеризуется скольжением S. Это — отношение разности частот вращения магнитного поля статора n₁ и вращающегося ротора n₂, к частоте поля статора:

Скольжение иногда выражают в процентах:

Если ротор неподвижен (n₂ = o), скольжение равно единице или 100%. Если ротор вращается синхронно с магнитным полем ( n₁= n₂), то скольжение равно нулю, т.е. чем больше частота вращения ротора, тем меньше скольжение. Обычно ротор вращается с частотой, мало отличающейся от частоты поля статора (3…5 %).

Когда вращающий момент равен моменту сопротивления вращению на валу двигателя, тот работает устойчиво с постоянной частотой вращения, каждой механической нагрузке соответствует определенная частота вращения и определенное скольжение.

Если механическая нагрузка на валу увеличилась, т.е. возрос тормозной момент, равновесие моментов нарушится. Это приведет к уменьшению частоты вращения ротора и увеличению скольжения. Поэтому магнитное поле статора начнет чаще пересекать проводники ротора. Эдс, индуктированная в проводниках ротора, возрастает и увеличивает ток ротора, его вращающий момент. Ток и скольжение в роторе будут повышаться, пока вновь не наступит равновесие моментов, вращающий момент станет равным тормозному. Аналогично протекают процессы при уменьшении нагрузки.

Синхронный генератор. В качестве источника тока для цепей управления на электропоездах с электрическим торможением применяют синхронный генератор. Статор синхронного генератора не отличается от статора асинхронного двигателя: на нем располагается трехфазная обмотка, на роторе закреплены полюсы с обмоткой возбуждения, которая питается постоянным током.

На рис. 2.18 показана схема простейшего трехфазного двухполюсного генератора переменного тока, представляющего собой совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют три эдс одинаковой частоты и сдвинутых по фазе на 120° относительно друг друга. Три одинаковые статорные обмотки размещены на стальном кольцевом сердечнике, и при вращении ротора (двухполюсного электромагнита) его магнитное поле пересекает неподвижные статорные обмотки, наводя в них переменную эдс.

Рис. 2.18. Схема простейшего трехфазного генератора переменного тока

По обмотке возбуждения ротора протекает постоянный ток. Обмотка представляет собой последовательно соединенные катушки, помещенные на полюсах ротора. Концы обмотки возбуждения соединены с медными контактными кольцами, которые установлены на валу ротора. На кольцах закреплены неподвижные щетки, через них к обмотке подводится постоянный ток от постороннего источника (аккумуляторной батареи). После возрастания частоты вращения ротора и появления напряжения на статорных обмотках обмотка возбуждения отключается от аккумуляторной батареи и подсоединяется через выпрямительный мост к собственным статорным обмоткам генератора.

Таким образом, при вращении ротора с некоторой частотой п магнитное поле полюсов ротора, созданное током возбуждения, индуктирует в обмотках статора эдс. Частота переменной эдс определится формулой

где р — число пар полюсов;

n —частота вращения ротора.

При нагрузке генератора в обмотках статора протекает ток и создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого n₁:

Сравнивая приведенные формулы, приходим к выводу, что п = н;, т.е. ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора, поэтому генератор называют синхронным.

В синхронной машине жестко связаны такие параметры, как частота вращения ротора п, частота тока статора f и число пар полюсов роторар:

Так, для вырабатывания тока промышленной частоты 50 Гц двухполюсный генератор должен иметь частоту вращения 3000 об/мин, четырехполюсный — 1500 об/мин, а шестиполюсный — 1000 об/мин, что имеет место на преобразователях электропоездов.

Во время работы генератора напряжение трехфазной магистрали (220 В) электропоезда определяется эдс, индуктированной в статорных обмотках генератора, которая зависит от магнитного поля, созданного полюсами ротора, т.е. от величины тока возбуждения. Если магнитный поток полюсов мал, то мала и эдс При увеличении магнитного потока она возрастает. Таким образом, при постоянной частоте вращения ротора эдс пропорциональна магнитному потоку. Поэтому изменение тока в обмотке возбуждения позволяет изменять эдс генератора, другими словами, регулировать напряжение сети. Частота переменного тока определяется частотой вращения ротора генератора.

Источник

Конструкции асинхронных и синхронных машин переменного тока

По принципу действия машины переменного тока делятся на:
1. Асинхронные машины, у которых скорость вращения вала не равна скорости вращения магнитного поля статора.
2. Синхронные машины, у которых скорость вращения вала равна скорости вращения магнитного поля статора.

Асинхронные машины по конструкции ротора делятся на машины с короткозамкнутым ротором и машины с фазным ротором (или машины с контактными кольцами).

Синхронные машины по конструкции ротора делятся на машины с явновыраженными полюсами и машины с неявновыраженными полюсами.

Конструкция статора и у асинхронных и у синхронных машин одинаковая. Статор машин переменного тока состоит из корпуса. В зависимости от мощности машин корпус может быть литым чугунным, литым стальным и литым сварным. По всей окружности корпуса статора с внутренней стороны запрессовывается статорное железо, которое набирается из отдельных листов электротехнической стали. В железе статора штампуются пазы, которые также как пазы якоря машины постоянного тока могут быть закрытыми грушевидной формы и открытыми с параллельными стенками.

Также как и в пазы якоря машины постоянного тока, в пазы статора машины переменного тока укладывается обмотка с такой же изоляцией. В закрытые пазы укладывается всыпная обмотка, в открытые пазы с параллельными стенками укладывается жесткая обмотка с проводниками прямоугольного сечения. Отличается обмотка тем, что под одним полюсным делением должны лежать катушки всех трех фаз.

Схема трехфазной волновой обмотки машины переменного тока с Z=12, 2p=2, m=3.

В одних и тех же пазах должна лежать одна и та же фаза. Катушки одной фазы соединяются между собой. Число катушек в одной фазе всегда равно числу полюсов.

y₁ = (Z / 2p) ± E = 6

Последовательное соединение катушек обмотки машины переменного тока, одна параллельная ветвь.

Под одни полюсом 180 электрических градусов.

Если машина четырехполюсная, то катушки в каждой фазе можно включить тремя способами: с одной параллельной ветвью, с двумя параллельными ветвями и четырьмя параллельными ветвями.

Включение катушек с одной параллельной ветвью в машине переменного тока.

Включение катушек с двумя параллельными ветвями в машине переменного тока.

Включение катушек с тремя параллельными ветвями в машине переменного тока.

a – число параллельных ветвей.

Три фазы обмотки статора могут соединяться либо в звезду, либо в треугольник. В разветвительную коробку машины выводятся начала C1, C2, C3 и концы C4, C5, C6.

A: C1-C4
B: C2-C5
C: C3-C6

Роторы асинхронных машин могут быть короткозамкнутыми и иметь следующую конструкцию: на вал напрессовывается железо с пазами. Пазы ротора имеют грушевидную форму.

Пулузакрытые (а), полуоткрытые (б), открытые (в) пазы статоров машин переменного тока.

В эти пазы под давлением, чтобы избежать образования раковин, заливается алюминий.

Если ротор фазный, то в пазы ротора укладывается, так же как и в статоре, трехфазная обмотка, но в отличие от статора, который может собираться в звезду или в треугольник, обмотка ротора всегда собирается в звезду внутри машины, а три свободных конца подключаются к контактным кольцам. Контактные кольца напрессовываются на вал. Обмотка ротора имеет то же число пар полюсов как и обмотка статора.

Роторы синхронных машин бывают двух типов: с явновыраженными полюсами и неявновыраженными полюсами. Рассмотрим конструкцию ротора с явновыраженными полюсами: на вал большого диаметра закрепляются полюса, которые набираются из отдельных листочков железа специальной формы.

Полюсы явнополюсной синхронной машины переменного тока: 1 — обмотка возбуждения; 2 — сердечник полюса с полюсным наконечником и Т-образным хвостом; 3 — междукатушечные соединения; 4 — шпилька для крепления междукатушечного соединения; 5 — пружина для сжатия обмотки; 6 — клинья.

Полюса соединяются в электрическую схему таким образом, чтобы они чередовались: С-Ю-С-Ю. Гидрогенераторы вращаются со скоростью 125 об/мин. Так как скорость вращения, роторы такой конструкции работают устойчиво.

У турбогенераторов скорость вращения ротора составляет 1500 и 3000 об/мин. Явновыраженные полюса будут срезаться под действием сил инерции, чтобы этого не происходило, используются роторы с неявновыраженными полюсами. Для этого вал ротора большого диаметра делится на сегменты, в котором вырезаются пазы.

Источник

Машины переменного тока: устройство, принцип работы, применение

Электрические машины выполняют ответственную функцию преобразования энергии в рабочих механизмах и генераторных станциях. Такие устройства находят свое место в разных областях, снабжая исполнительные органы достаточным силовым потенциалом. Одну из самых востребованных систем данного типа представляют машины переменного тока (МПТ), которые имеют несколько разновидностей и отличий внутри своего класса.

Общие сведения об МПТ

Сегмент МПТ или электромеханических преобразователей можно условно разделить на однофазные и трехфазные системы. Также на базовом уровне выделяют асинхронные, синхронные и коллекторные устройства, при этом общий принцип действия и конструкционное исполнение у них имеет много схожего. Данная классификация машин переменного тока носит условный характер, поскольку современные станции электромеханического преобразования частично задействуют рабочие процессы от каждой группы устройств.

Вам будет интересно: Пылеулавливающий агрегат (ПУ). Типы пылеулавливающих агрегатов

Как правило, в основе МПТ находится статор и ротор, между которыми предусматривается воздушный зазор. Опять же, независимо от типа машины, рабочий цикл строится на вращении магнитного поля. Но если в синхронной установке движение ротора соответствует направлению силового поля, то в асинхронной машине ротор может двигаться в другом направлении и с разными частотами. Это различие обуславливает и особенности применения машин. Так, если синхронные могут выступать и в качестве генератора, и как электромеханический двигатель, то асинхронные в основном используют как двигатели.

Вам будет интересно: Кожевенное производство: история, описание и применяемые технологии

Что касается количества фаз, то выделяют одно- и многофазные системы. Причем, с точки зрения практического использования, заслуживают внимание представители второй категории. Это по большей части трехфазные машины переменного тока, в которых функцию энергоносителя как раз выполняет магнитное поле. Однофазные же устройства ввиду эксплуатационной непрактичности и крупных размеров постепенно выходят из практики применения, хотя в некоторых сферах решающим фактором их выбора является низкая стоимость.

Отличия от машин постоянного тока

Принципиальная конструкционная разница заключается в расположении обмотки. В системах переменного тока она охватывает статор, а в машинах постоянного тока – ротор. В обеих группах электродвигатели различаются по типу возбуждения тока – смешанные, параллельные и последовательные. Сегодня машины переменного и постоянного тока используются в промышленности, сельском хозяйстве и в бытовой сфере, однако первый вариант более привлекателен по своим эксплуатационным качествам. Генераторы и двигатели переменного тока выигрывают за счет более технологичной конструкции, надежности и высокой энергетической отдачи.

Вам будет интересно: «Корвет-57»: устройство, технические характеристики, отзывы

Применение устройств, работающих на постоянном токе, распространено в сферах, где на первый план выходят требования к точности регулирования рабочих параметров. Это могут быть тяговые механизмы транспорта, обрабатывающие станки и сложные измерительные приборы. В плане производительности машины постоянного и переменного тока имеют высокий КПД, но с разными возможностями технико-конструкционной подстройки под конкретные условия применения. Работа с постоянным током дает больше возможностей для управления частотой вращения, что важно при обслуживании серводвигателей и шаговых моторов.

Устройство асинхронной МПТ

Для технической основы данного устройства в виде ротора и статора используется листовая сталь, которую перед сборкой покрывают изоляционным масляно-канифольным слоем с обеих сторон. В машинах малой мощности сердечник может выполняться из электрической стали без дополнительного покрытия, поскольку изолятором в данном случае выступает естественный оксидный слой на металлической поверхности. Статор фиксируется в корпусе, а ротор на валу. В асинхронных машинах переменного тока большой мощности сердечник ротора может крепиться и на ободе корпуса втулкой, насаженной на вал. Непосредственно вал должен вращаться на подшипниковых щитах, которые также фиксируются к основе корпуса.

Внешние поверхности ротора и внутренние поверхности статора изначально обеспечиваются пазами для размещения проводников обмотки. У статора машин переменного тока обмотка чаще выполняется трехфазной и подключается к соответствующей сети на 380 В. Ее также называют первичной. Аналогично выполняется и обмотка ротора, окончания которой обычно формируют соединение в конфигурации звезды. Предусматриваются и контактные кольца, через которые дополнительно может подключаться реостат для регулировки или трехфазный пусковой элемент.

Важно отметить и параметры воздушного зазора, который выполняет функцию демпферной зоны, снижающей шум, вибрации и нагрев при работе устройства. Чем габаритнее машина, тем больше должен быть зазор. Его величина может варьироваться от одного до нескольких миллиметров. Если конструкционно невозможно оставить достаточно места для воздушной зоны, то предусматривается система дополнительного охлаждения установки.

Принцип работы асинхронной МПТ

Вам будет интересно: Реактивно-бомбометная установка (РБУ-6000) «Смерч-2»: история и тактико-технические характеристики

Трехфазную обмотку в данном случае подключают к симметричной сети с трехфазным напряжением, в результате чего в воздушном зазоре формируется магнитное поле. Относительно обмотки якоря принимаются специальные меры для достижения гармонического пространственного распределения поля для демпферного зазора, что образует систему вращающихся магнитных полюсов. Согласно принципу действия машины переменного тока, на каждом полюсе формируется магнитный поток, который пересекает контуры обмотки, тем самым провоцируя генерацию электродвижущей силы. В трехфазной обмотке индуцируется трехфазный ток, обеспечивающий вращающий момент двигателя. На фоне взаимодействия тока ротора с магнитными потоками происходит формирование электромагнитной силы на проводниках.

Если ротор под действием внешней силы приводится в движение, направление которого соответствует направлению потоков магнитного поля машины переменного тока, то ротор начнет обгонять темпы вращения поля. Это происходит в тех случаях, когда частота вращения статора превосходит номинальную синхронную частоту. В то же время будет изменено направление движения электромагнитных сил. Таким образом формируется тормозящий момент с обратным действием. Данный принцип работы позволяет использовать машину и в качестве генератора, работающего в режиме отдачи активной мощности в сеть.

Устройство и принцип действия синхронных МПТ

В части исполнения и расположения статора синхронная машина похожа на асинхронную. Обмотка называется якорем и выполняется с тем же количеством полюсов, как и в предыдущем случае. У ротора предусматривается обмотка возбуждения, энергетическое снабжение которой обеспечивают контактные кольца и щетки, подключенные к источнику постоянного тока. Под источником подразумевается маломощный генератор-возбудитель, устанавливаемый на одном валу. В синхронной машине переменного тока обмотка выполняет функцию генератора первичного магнитного поля. В процессе проектирования конструкторы стремятся создавать условия для того, чтобы индукционное распределение поля возбуждения на поверхностях статора было как можно ближе к синусоидальному.

При повышенных нагрузках обмотка статора формирует магнитное поле с вращением в направлении ротора с аналогичной частотой. Таким образом образуется единое поле вращения, при котором поле статора будет оказывать воздействие на ротор. Данное устройство машин переменного тока позволяет их использовать как электродвигатели, если изначально обеспечивается подводка трехфазного тока к синхронной обмотке. Такие системы создают условия для координированного вращения ротора с частотой, соответствующей полю статора.

Явнополюсные и неявнополюсные синхронные машины

Главным отличием явнополюсных систем является присутствие в конструкции выступающих полюсов, которые крепятся к специальным выступам вала. В типовых механизмах фиксация выполняется с помощью Т-образных хвостовых крепежей к ободу крестовины или валу через втулку. В устройстве машин переменного тока малой мощности эта же задача может решаться болтовыми соединениями. В качестве материала обмотки используется полосовая медь, которую наматывают на ребро, изолируя специальными прокладками. В наконечниках с полюсами в пазах размещаются стержни обмотки для пуска. В этом случае применяется материал с высоким удельным сопротивлением наподобие латуни. Контуры обмотки по торцам приваривают к короткозамыкающим элементам, образуя общие кольца для короткого замыкания. Явнополюсные машины с силовым потенциалом на 10-12 кВт могут выполняться в так называемой обращенной конструкции, когда якорь вращается, а полюса индуктора сохраняют неподвижное состояние.

У неявнополюсных машин конструкция базируется на цилиндрическом роторе, выполняемом из стальной поковки. В роторе присутствуют пазы для формирования обмотки возбуждения, полюса которой рассчитываются на высокие частоты вращения. Однако применение такой обмотки в электрических машинах с переменным током большой мощности невозможно из-за высокой степени износа ротора в жестких условиях эксплуатации. По этой причине даже в установках средней мощности для роторов применяют высокопрочные компоненты из цельных поковок на основе хромоникельмолибденовых или хромоникелевых сталей. В соответствии с техническими требованиями к прочности, максимальный диаметр рабочей части у ротора неявнополюсной синхронной машины не может быть выше 125 см. Это объясняет необычный форм-фактор ротора с удлиненным корпусом, хотя и по данному параметру есть ограничения, связанные с увеличением вибраций у слишком длинных элементов. Предельная длина ротора составляет 8,5 м. К неявнополюсным агрегатам, которые используются в промышленности, можно отнести различные турбогенераторы. С их помощью, в частности, связывают рабочие моменты паровых турбин с тепловыми энергостанциями.

Особенности вертикальных гидрогенераторов

Отдельный класс явнополюсных синхронных МПТ, обеспеченных вертикальным валом. Такие установки подключаются к гидравлическим турбинам и подбираются под мощности обслуживаемых потоков по частоте вращения. Большинство машин переменного тока данного типа являются тихоходными, но при этом имеют большое количество полюсов. Среди ответственных рабочих компонентов вертикального гидрогенератора можно отметить упорный подшипник и подпятник, на который приходится нагрузка от вращающихся частей движка. На подпятник, в частности, накладывается и давление от потоков воды, которая действует на турбинные лопасти. Кроме того, для остановки вращения предусматривается тормоз, а в рабочей структуре также присутствуют направляющие подшипники, воспринимающие радиальные усилия.

Вам будет интересно: Из чего делают ткань? Классификация тканей по типу сырья, свойствам и назначению

В верхней части машины наряду с гидрогенератором могут размещаться вспомогательные агрегаты – например, возбудитель генератора и регулятор. К слову, последний представляет собой самостоятельную машину переменного тока с обмоткой и полюсами на постоянных магнитов. Данная установка обеспечивает питание двигателя для обеспечения функции автоматического регулятора. В больших вертикальных гидрогенераторах возбудитель может заменяться синхронным генератором, который вместе с возбудительными узлами и ртутными выпрямителями обеспечивает энергоснабжение силовых устройств, обслуживающих рабочий процесс основного гидрогенератора. Конфигурация машины с вертикальным валом также используется в качестве приводного механизма мощных гидравлических насосов.

Коллекторные МПТ

Наличие коллекторного узла в конструкции МПТ зачастую обуславливается необходимостью выполнения функции преобразования частоты вращения в электрической связи разночастотных цепей на обмотках ротора и статора. Это решение позволяет наделять устройство дополнительными эксплуатационными свойствами, в числе которых автоматическая регуляция рабочих параметров. Коллекторные машины переменного тока, которые подключаются к трехфазным сетям, получают по три щеточных пальца в каждом сегменте двойного полюсного деления. Соединение щеток между собой выполняется по параллельной схеме перемычками. В этом смысле коллекторные МПТ похожи на электродвигатели с постоянным током, но отличаются от них количеством применяемых щеток на полюсах. Помимо этого, статор в данной системе может иметь несколько дополнительных обмоток.

Замкнутая обмотка якоря при использовании коллектора с трехфазными щетками будет представлять собой трехфазную комплексную обмотку с соединением в виде треугольника. В процессе вращения якоря каждая фаза обмотки сохраняет неизменную позицию, однако секции поочередно переходят от одной фазы к другой. Если в коллекторной машине переменного тока используется шестифазный комплект щеток со сдвигом на 60° относительно друг друга, то формируется шестифазная обмотка с соединением по схеме многоугольника. На щетках многофазной машины с коллекторной группой частота тока определяется вращением магнитного потока по отношению к неподвижным щеткам. Направление вращения ротора может быть как встречным, так и согласованным.

Применение МПТ

Сегодня МПТ используются всюду, где в том или ином виде требуется генерация механической или электрической энергии. Крупные производительные агрегаты применяются в обслуживании инженерных систем, энергетических станций и подъемно-транспортных узлов, а маломощные – в обычной бытовой технике от вентиляторов до насосов. Но в обоих случаях назначение машин переменного тока сводится к выработке энергетического потенциала в достаточном объеме. Другое дело, что имеют принципиальное значение конструкционные отличия, реализация внутренней конфигурации статора и ротора, а также управляющая инфраструктура.

Хотя общее устройство МПТ на протяжении длительного времени сохраняет один и тот же набор функциональных компонентов, повышающиеся требования к эксплуатации таких систем заставляют разработчиков вносить дополнительные органы контроля и управления. На современном этапе технологического развития особенно в контексте применения машин переменного тока в производственной сфере эксплуатацию подобных двигателей и генераторов сложно представить без высокоточных средств регуляции рабочих параметров. Для этого используются самые разные способы управления – импульсный, частотный, реостатный и т.д. Внедрение автоматики в регулирующую инфраструктуру также является характерной чертой современной эксплуатации МПТ. Управляющая электроника подключается к силовой установке с одной стороны, а с другой – к программным контроллерам, которые по заданному алгоритму дают команды на установку конкретных параметров работы механизма.

Заключение

Генераторы тока и электродвигатели являются обязательным силовым компонентом в современной промышленности. За счет их функции работают станки, транспорт, коммуникационные установки и прочие электротехнические агрегаты и приборы, требующие энергоснабжения. При этом существует огромный массив видов и подвидов электрические машины переменного и постоянного тока, особенности и характеристики которых в итоге определяют нишу для их эксплуатации. К технико-эксплуатационным особенностям МПТ можно отнести более простое конструкционное устройство и относительно низкие требования к обслуживанию. С другой стороны, машины постоянного тока оказываются более привлекательным решением задач энергоснабжения в сложных ответственных системах питания. Отечественный производственный сегмент энергетического промышленного оборудования имеет огромный опыт в проектировании и выпуске электрических машин обоих типов. Крупные предприятия все больший упор делают на разработку индивидуальных решений с конструкционными и эксплуатационными особенностями. Отклонения от типовых проектов часто связаны с необходимостью подключения вспомогательных функциональных узлов и оборудования наподобие систем охлаждения, защитных средств от перегрева и сетевых колебаний, дополнительного и резервного питания. Кроме того, на часть конструкционных свойств электрических машин немалое влияние оказывает внешняя среда эксплуатации, что также учитывается на этапах проектирования и создания техники.

Источник