Устройство за закрепване
Нека разберем защо по време на въртенето на котвата на електродвигател, работещ под товар, се консумира електрическа енергия. Както беше установено, когато проводниците на котвата се въртят в магнитно поле, във всеки проводник се индуцира e. d.c, посока на въртене e. д.с. e, индуциран в проводника, разположен под южния полюс, ще бъде насочен далеч от нас, а e. д.с. e, индуциран в проводника, разположен под северния полюс, ще бъде насочен към нас. E. d. s. e, индуцирани във всеки проводник, са насочени срещу тока i, т.е. предотвратяват преминаването му през проводниците.
За да може токът i да продължи да тече презарматурни проводници в една и съща посока, т.е. за да може електродвигателят да продължи да работи нормално и да развие необходимия въртящ момент, е изключително важно към тези проводници да се приложи външно напрежение U, насочено към e. д.с. и по-голяма по величина от общото e. д.с. E, индуциран във всички последователно свързани проводници на намотката на котвата. Ето защо е изключително важно да се осигури електрическа енергия към електродвигателя от мрежата.
Когато няма товар (външен спирачен момент, приложен към вала на двигателя), електродвигателят консумира малко количество електрическа енергия от външен източник (мрежа) и през него преминава малък ток на празен ход. Тази енергия се използва за покриване на вътрешните загуби на мощност в машината.
Когато натоварването се увеличи, токът, консумиран от електродвигателя, и електромагнитният момент, който развива, се увеличават. Следователно, увеличаването на механичната енергия, отделяна от електрически мотор с увеличаване на натоварването, автоматично води до увеличаване на електричеството, което отнема от източника.
От горните условия на работа на електродвигателя следва, че е характерно за него:
съвпадение на посоката на електромагнитния момент M и честотата на въртене n; това характеризира връщането на механична енергия от машината; появата в проводниците на намотката на котвата e. д.с. e, насочен срещу тока i и външното напрежение U. От това следва, че е изключително важно машината да получава електрическа енергия отвън.
Колекторът (фиг. 1.3) е сглобен от изолирани една от друга клиновидни медни пластини и тялото3 с миканитни уплътнения2, образуващи сглобен цилиндър, който е монтиран на вала на арматурата.
Фигура 1.3 колекторно устройство
Принципът на обратимостта на електрическите машини. Разглеждайки принципа на работа на генератор и електродвигател, установихме, че те са подредени по един и същ начин и че има много общо в основата на работата на тези машини. Процесът на преобразуване на механичната енергия в електрическа енергия в генератора и електрическата енергия в механична енергия в двигателя е свързан с индукцията на e. д.с. в проводниците на намотката на котвата, въртящи се в магнитно поле и възникването на електромагнитни сили в резултат на взаимодействието на магнитното поле и проводниците с ток. Разликата между генератор и електродвигател е само във взаимната посока e. d.s., ток, електромагнитен въртящ момент и скорост на въртене.
Ориз. 68. Посока e. д.с. E, ток I, скорост на котвата n и електромагнитен въртящ момент M по време на работа на електрическа машина с постоянен ток в режим на двигател (a) и генератор (b).
Обобщавайки разгледаните процеси на работа на генератора и електродвигателя, е възможно да се установи принципът на обратимостта на електрическите машини. Съгласно този принцип всяка електрическа машина може да работи както като генератор, така и като електродвигател и може да превключва от режим на генератор в режим на двигател и обратно.
За да изясним тази ситуация, разгледайте работата на DC електрическа машина при различни условия. Ако външното напрежение U е по-голямо от общото e. д.с. G. във всички последователно свързани проводници на намотката на котвата, тогава токът I ще премине в посочения на фиг. 68, а по посока и машината ще работи с електродвигател, консумиращ електрическа енергия от мрежата и отдаващ механична енергия. Освен това, ако по някаква причина e. д.с. E става по-голямо от външното напрежение U, тогава токът I в намотката на котвата ще промени посоката си (фиг. 68, b) и ще съвпадне с e. д.с. Д. Това също ще се променипосоката на електромагнитния момент M, който ще бъде насочен срещу скоростта на въртене n.Съвпадение в посоката e. д.с. E и ток Имам предвид, че машината започна да отдава електрическа енергия към мрежата и появата на спирачен електромагнитен въртящ момент M показва, че тя трябва да консумира механична енергия отвън. Следователно, когато e. д.с. E, индуцирано в проводниците на намотката на котвата, става по-голямо от мрежовото напрежение U, машината преминава от режим на работа на двигателя към режим на генератор, т.е. с E U - генератор.
Прехвърлянето на електрическа машина от двигателен режим в генераторен режим може да се извърши по различни начини: чрез намаляване на напрежението U на източника, към който е свързана намотката на котвата, или чрез увеличаване на e. д.с. E в намотката на котвата.
3. КЛАСИФИКАЦИЯ, ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ, ДИЗАЙН,
ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИНЦИПИ НА РЕГУЛИРАНЕ
ОБРАТИМОСТ НА АС ЕЛЕКТРИЧЕСКИ МАШИНИ.
Променливотокови машини. Класификация на описанието.
Електрическата машина има статор и ротор, разделени от въздушна междина (фиг. 1 и фиг. 2). Активните му части са магнитната верига и намотките. Всички останали части са конструктивни, осигуряващи необходимата твърдост, здравина, възможност за въртене, охлаждане и др.
Магнитната верига на машината, през която се затваря променливият магнитен поток, е направена ламинирана - от листове електротехническа стомана, като трансформатор. Ако потокът е постоянен, тогава магнитната верига може да бъде направена масивна; в този случай той може да изпълнява и структурни функции, т.е. да служи като елемент, който осигурява здравината на дадена част от машината (статор или ротор).
Тъй като в частите на електрическите машини магнитният поток е затворен по сложни контури, различни от праволинейните, в тях,като правило се използва изотронна студено валцована стомана. Анизотропната студено валцована стомана понякога се използва само за производството на полюси на синхронни машини и големи машини с постоянен ток, тъй като посоката на магнитните линии в полюсите съвпада с посоката на валцуване, при което магнитната проницаемост е много висока. Ядрата на статорите и роторите на асинхронни машини и котви на синхронни машини с постоянен ток са щамповани от изотронни студено валцувани стоманени намотки, което позволява спестяване на около 10-15% при рязане в сравнение с листова стомана, в резултат на което листовата стомана се използва много рядко.
Фигура 1 електрическа синхронна машина в разрез |
В микромашините също се използват широко магнитни ядра, сглобени от листове желязо-никелови сплави от типа на пермалой.
Статорът на асинхронните и повечето синхронни машини се състои от ламинирана магнитна верига (Фигура 3a), която е пресована в лята рамка (Фигура 36). Тъй като променливият магнитен поток не е затворен през масивна рамка, рамката може да бъде направена от немагнитен материал (алуминий) или феромагнитен материал с ниска магнитна пропускливост (чугун), сравнително евтин и добре адаптиран към леярската технология. На вътрешната повърхност на ламинирания статор, в жлебовете, е поставена намотката на статора.
Роторът на индукционна машина (Фигура 3,c) обикновено се състои от сърцевина, изработена от листове от електротехническа стомана. Ядроте се пресоват върху вала или втулката на ротора (за големи размери на машината) и се компресират със специални шайби под налягане. В жлебовете, разположени на външната повърхност на ротора (подобни по форма на жлебовете на статора), се намира намотката на ротора. В синхронните машини роторът е масивен, тъй като има полюси с възбуждащи намотки, чийто магнитен поток е неподвижен спрямо ротора. При производството на роторни и статорни листове в тях се щамповат жлебове (Фигура 4,aиb) за полагане на проводниците на намотките на ротора и статора, както и вентилационни канали за преминаване на охлаждащ въздух.
 |
| Фигура 3 Структурата на статора и ротора на AC машина:1- статорен пакет;2 -легло;3— сърцевина на ротора;4 -вал |
 |
Конфигурацията на зъбите и слотовете (Фигура 4, Фигура 5) зависи от вида на машината и нейната мощност. При машини с голяма мощност намотките на статора и ротора са направени от правоъгълни проводници; в този случай се използват отворени слотове с правоъгълна форма, които позволяват най-доброто поставяне на проводниците и осигуряване на тяхната надеждна изолация. В машини с ниска и средна мощност намотките на ротора и статора обикновено са направени от кръгъл проводник; в такива машини се използват полузатворени жлебове с овална или трапецовидна форма. В някои случаи при проводници с правоъгълно напречно сечение се използват полуотворени жлебове, които намаляват магнитното съпротивление на слоя "зъби - жлебове - въздушна междина" в сравнение с отворените жлебове. В микромашините роторите често имат кръгли процепи;това значително опростява и намалява разходите за производство на печати.
  |
| Фигура 6 Слотове на статора отворени (a), полуотворени (b) и полузатворени (c):1- проводници;2 -слой изолация;3 -междинна изолация;4 -слот изолация;5 –клин |
При полагане на проводниците в жлебовете дъното и стените са покрити с изолационен материал (електрокартон, лакирана тъкан, миканит и др.). Проводниците, както и техните горни и долни слоеве, също са изолирани един от друг.Колкото по-високо енапрежението, при което работи машината, толкова по-голяма диелектрична якост трябва да бъде изолацията на проводниците от сърцевинатана ротораилина статора. a). В някои случаи превръзките са разположени на няколко места по сърцевината на ротора.
За подаване на ток към намотката на ротора или за свързване на реостат към него, на ротора трябва да бъдат разположени контактни пръстени: три пръстена за трифазен ток и два пръстена за постоянен ток. Изключение правят асинхронните машини с катерица, които не изискват контактни пръстени. Събирането на ток от контактни пръстени се извършва с помощта на четки - правоъгълни пръти, направени от смес от въглища, графит и метален прах (мед и олово). Четките се монтират в специални четкодържачи и се притискатконтактна повърхност с пружини. Електрическите машини до около 2000 kW имат сачмени или ролкови лагери, които се намират в крайните щитове. За висока мощност се използват плъзгащи лагери.
Електрическите машини с променлив ток - асинхронни и синхронни, въпреки разликите в устройството и дизайна, имат много общо в принципа на работа и теорията. При тези машини, когато преминава през намотките на статора или ротора, променлив ток, който се променя синусоидално във времето, създава въртящо се магнитно поле. Това поле от своя страна пресича намотките на статора и ротора (или една от тях) и индуцира в тях променлива ЕМП. Сходството на физическите процеси определя сходството на теорията и сходството на дизайна на многофазни AC намотки и принципите на дизайна на статора на асинхронна машина и арматурата на синхронна машина.