Определение электрической машины. Классификация по функциональному назначению

treugoma.ru › Электрические машины и аппараты › 

Определение электрической машины. Классификация по функциональному назначению

Электрическая машина (ЭМ) – основной преобразователь механической энергии в электрическую и электрической в механическую. От других электромеханических преобразователей ЭМ отличаются тем, что в них, за редким исключением, совершается однонаправленное непрерывное преобразование энергии.

По назначению ЭМ подразделяются на:

- генераторы, служащие для преобразования механической энергии в электрическую;

- двигатели, используемые для преобразования электрической энергии в механическую;

- преобразователи, предназначенные для преобразования электрической энергии с одними параметрами (род тока, напряжение, частота, число фаз переменного тока) в электрическую энергию с другими параметрами.

Электромеханическое преобразование энергии в ЭМ основано на явлении электромагнитной индукции и связано с ЭДС, которые индуктируются в процессе периодического изменения магнитного поля, проходящем при механическом перемещении обмоток или элементов магнитопровода.

Простейшим и наиболее распространённым индуктивным преобразователем, с помощью которого переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения, является трансформатор. Принцип действия и устройство трансформатора рассмотрено в специальной главе.

Индуктивные преобразователи электроэнергии, в которых имеются движущиеся части, называются электромашинными преобразователями.

В зависимости от рода тока ЭМ разделяются на машины постоянного и переменного тока. Трансформатор и простейшая ЭМ могут преобразовывать только электроэнергию переменного тока, которая поступает из сети с переменным напряжением, изменяющимся с частотой f. Для того чтобы преобразовать с помощью трансформатора или ЭМ электроэнергию постоянного тока, нужно превратить её с помощью преобразователя частоты (ПЧ) того или иного типа в электроэнергию переменного тока. Такой преобразователь может быть полупроводниковым, в ЭМ – также и механическим (в виде коллектора, пластины которого соединены с катушками вращающейся обмотки, и неподвижных щёток, касающихся пластин).

Разновидности ЭМ по характеру перемещения и форме подвижных частей.

Индуктивная ЭМ состоит из двух основных частей: подвижной и неподвижной. Неподвижная часть – статор , состоит из сердечника той или иной конфигурации, одной или нескольких обмоток и конструктивных деталей, с помощью которых всем элементам статора придаётся определённое положение в пространстве. Подвижная часть состоит из сердечника, одной или нескольких обмоток, а также конструктивных деталей, с помощью которых обеспечивается перемещение подвижной части относительно неподвижной в определённом направлении и передаётся сопряжённой машине преобразованная механическая энергия. Машины, в которых подвижная часть вращается, изменяя своё угловое положение относительно статора, называются вращающимися, а их подвижная часть – ротором.

Наиболее распространены цилиндрические вращающиеся машины, в которых цилиндрический ротор располагается внутри статора, имеющего форму полого цилиндра. В ряде случаев находят применение машины с внешним ротором, в которых неподвижный статор располагается внутри ротора. Вращающиеся машины, у которых статор и ротор имеют форму дисков, обращённых один к другому плоскими торцевыми поверхностями, называются торцевыми. Реже применяются ЭМ, в которых подвижная часть перемещается поступательно, изменяя своё линейное положение относительно статора. Такие машины называются линейными и имеют два возможных исполнения: плоское или цилиндрическое. В ряде случаев в машину встраивается ПЧ вращения, представляющий с ней единое целое.

Преобразование электроэнергии переменного тока частотой f1 в электроэнергию переменного тока частотой f2 ≠ f1 и в механическую энергию (или преобразование в любом направлении).

Преобразование электроэнергии переменного тока частотой f2 в электроэнергию постоянного тока и в механическую энергию (или преобразование в любом другом направлении).

Преобразование электроэнергии постоянного тока одного напряжения в электроэнергию постоянного тока другого напряжения U2 ≠ U1 и в механическую энергию (или преобразование в любом направлении).

Электромеханическое преобразование энергии в ЭМ.

Рассмотрим вращающуюся индуктивную машину с произвольным числом s контуров обмоток, размещающихся в пазах магнитопроводов статора и ротора. Каждый из этих контуров может состоять из многих катушек, соединённых по той или иной схеме. Магнитопроводы также могут иметь произвольную конфигурацию. Электромагнитные процессы в идуктивной машине описываются системой уравнений Кирхгофа для контуров обмоток и уравнениями движения ротора. Для машин с линейной магнитной цепью, в которой магнитные проницаемости элементов объёмов µ не зависят от индукции магнитного поля В[(µ≠f(B)], потокосцепление любого контура, например k-го (k принимает значения от k = 1 до k = s), может быть выражено через токи в обмотках in, индуктивность k-й обмотки Lkk и взаимные индуктивности k-й обмотки со всеми прочими обмотками Lkn, где n принимает любые значения от n = 1 до n = s, кроме n = k:

В общем случае все индуктивности Lkk и взаимные индуктивности Lkn зависят от размеров магнитопроводов и являются функциями углового положения ротора Lkn = f(y). Система уравнений Кирхгофа для напряжений обмоток состоит из уравнений, составленных для каждого из контуров. Уравнение для k-го контура имеет вид:

- ЭДС, индуцированная в контуре k;

- трансформаторная ЭДС в контуре k, связанная с изменениями токов in в контурах при фиксированном угловом положении ротора (у=const.)

- ЭДС вращения в контуре k, связанная с изменениями взаимоиндуктивностей (или индуктивностей) Lkn при фиксированных токах в контурах (in = const.);

Ω = de/dt – угловая скорость ротора.

Мгновенная электрическая мощность, поступающая в контур из сети, которая к нему присоединена:

Суммируя мощности всех контуров, получим мгновенную мощность, поступающую в контуры машины:

Часть мощности , поступающая в контуры, а именно , выделяется в виде теплоты в активных сопротивлениях Rk контуров и представляет собой потери мощности при преобразовании.

Другая часть мощности, а именно мощность:

, где

- энергия магнитного поля в машине,

идёт на изменение энергии магнитного поля в машине вследствие изменения токов в контурах, индуктивностей и взаимоиндуктивностей. Остальная мощность преобразуется в механическую мощность, передаваемую через вал к сопряжённой машине:

Электромагнитный момент М, действующий на ротор в данное мгновение, выражается через мгновенную механическую мощность рмех:

Таким образом, в машине с линейной магнитной цепью электромагнитный момент равен частной производной энергии магнитного поля W по углу поворота ротора у при фиксированных токах в контурах. Если эта производная положительна, то момент направлен в сторону вращения (или возрастания угла у), и происходит преобразование электроэнергии в механическую. Если эта производная отрицательна, то происходит обратное преобразование.

Анализируя рассмотренные выше уравнения, можно прийти к выводу, что непременным условием осуществления в машине электромеханического преобразования является изменение индуктивностей обмоток при повороте ротора. Машина может выполнять свои функции, если производная хотя бы одного параметра по углу поворота ротора не равна нулю. Это условие является необходимым, но не достаточным для получения однонаправленного непрерывного механического преобразования, т.к. требуется ещё, чтобы токи в обмотках изменялись таким образом, чтобы не только мгновенные, но и средние значения электромагнитного момента и мощности были достаточно велики.

Возможные исполнения ЭМ и классификация по принципу действия.

Известны три принципиально возможных исполнения ЭМ, при которых индуктивности её обмоток зависят от углового положения ротора и изменяются периодически во времени при вращении ротора:

-Машина с одной обмоткой на статоре и одной обмоткой на роторе;

-Машина с одной обмоткой на статоре и с зубчатым сердечником ротора;

-Машина с двумя обмотками на статоре и с зубчатым сердечником ротора.

Каждое из исполнений имеет дополнительные модификации.

В зависимости от формы поверхности, обращённой в сторону зазора, различают две конструкции сердечников: зубчатые и гладкие. Зубчатые – с сильно выраженной зубчатостью, пазы которых имеют относительно большое открытие в сторону зазора. Для этих сердечников характерно существенное влияние открытий, а иногда и формы пазов на магнитную проводимость зазора. С целью получения необходимой формы магнитного поля зубцам придаётся особая форма. Гладкие – со слабо выраженной зубчатостью, пазы которых имеют небольшое (по сравнению с зазором) открытие, а зазор между поверхностью зубца и другим сердечником постоянен.

ЭМ с одной обмоткой на статоре и одной обмоткой на роторе применяются наиболее часто. При этом чаще всего используется модификация с однофазными или многофазными разноимённополюсными обмотками, выполненными с одинаковым числом периодов поля (асинхронные, синхронные машины в обычном исполнении). ЭМ подразделяются на: явнополюсные и неявнополюсные. В машинах с неявно выраженными полюсами воздушный зазор и его магнитные сопротивления во всех направлениях одинаковые. В явнополюсных – имеются чётко выраженные продольные и поперечные оси с различными воздушными зазорами и магнитными сопротивлениями.

Асинхронные и высокоскоростные синхронные машины выполняются неявнополюсными. Многополюсные синхронные машины имеют явно выраженную магнитную систему на роторе. Магнитная система с явно выраженными полюсами на статоре характерна для машин постоянного тока. Явно выраженная конструкция полюсов на статоре и на роторе принадлежит индукторным или параметрическим машинам, в которых преобразование энергии осуществляется за счёт периодического изменения магнитного сопротивления воздушного зазора. К машинам переменного тока относятся также и коллекторные машины. В машинах постоянного тока механический преобразователь – коллектор – может быть заменён коммутатором на полупроводниковых приборах (вентильные машины). В вентильных машинах обмотка возбуждения обычно располагается на роторе. Обмотка переменного тока выполняется на статоре имеет обычно три-четыре фазы, подключенные к коммутатору.

Классификация ЭМ.

Согласно ГОСТ 2479 – 79 все ЭМ классифицируются по конструктивному исполнению и способу монтажа, условное обозначение которых состоит из буквенной части IM и следующих за ней четырёх цифр. Первая цифра – номер группы, в которую входит машина по конструктивному исполнению (всего групп 9). В каждой из девяти групп ЭМ подразделяются в зависимости от монтажа (вторая и третья цифры в условном обозначении). Количество и исполнение концов вала обозначаются четвёртой цифрой.

Условное обозначение группы.

Конструктивное исполнение машин.

IM 1

Машина на лапах с подшипниковыми щитами.

IM 2

Машина на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите (или щитах)

IM 3

Машина без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите

IM 4

Машина без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине

IM 5

Машина без подшипников

IM 6

Машина с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками

IM 7

Машина со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов)

IM 8

Машина с вертикальным валом, кроме групп 1,2,3,4

IM 9

Машина специального исполнения по способу монтажа

По степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями, находящимися внутри машины, и попадания посторонних тел внутрь машины, а так же по степени защиты от проникновения воды внутрь машины согласно ГОСТ 17494-72, классифицируются следующим образом:

-IP00 – открытая электрическая машина;

-IP10, 20 – защищённая от прикосновения и попадания посторонних предметов;

-IP01 – защищённая от капель воды;

-IP11, 21, 12, 22, 13, 23, 43 – защищённая от капель воды и от прикосновения и попадания посторонних предметов;

-IP44, 54 – защищённая от брызг и прикосновения и попадания посторонних предметов;

-IP55 – защищённая от водяных струй, прикосновения, попадания посторонних предметов и вредных отложений пыли;

-IP56 – защищённая от захлёстывания морской волной на палубе корабля, прикосновения, попадания посторонних предметов и вредных отложений пыли;

-IP57 – защищённая от проникновения воды внутрь при кратковременном погружении в воду;

-IP58 – защищённая от проникновения воды внутрь при неограниченно длительном погружении в воду.

Кроме того, выпускаются машины, предназначенные для работы во взрывоопасной среде и в особых климатических условиях:

-Взрывозащищённая машина, предназначенная для работы во взрывоопасной среде и устроенная таким образом, что при взрыве газов внутри машины возникающее пламя не может проникнуть в окружающую среду;

-Влагостойкая – для работы при большой влажности;

-Морозостойкая – для работы при возможном образовании инея;

-Химостойкая – для работы при воздействии химических реагентов;

-Тропическая – для работы при возможном образовании плесневых грибов.

По способу охлаждения ЭМ могут классифицироваться по нескольким признакам.

В зависимости от наличия или отсутствия вентилятора различают:

А) машины с естественным охлаждением, не имеющим специальных вентиляторов. Этот тип охлаждения применяется в открытых машинах;

В) машины с искусственным охлаждением за счёт вытяжной или нагнетательной вентиляции. Они, в свою очередь, подразделяются:

- на машины с самовентиляцией, имеющие вентилятор на валу;

- на машины с независимой вентиляцией, вентилятор которых приводится во вращение посторонним двигателем.

В зависимости от того, какие части в ЭМ с искусственным охлаждением обдуваются воздухом, различают:

А) обдуваемые машины – закрытые машины, в которых принудительное охлаждение предусмотрено только для внешней поверхности;

В) продуваемые машины – защищённые или закрытые машины, в которых воздух попадает извне, омывает нагретые поверхности активных частей, а затем выбрасывается наружу.

В зависимости от того, какое вещество применено в качестве охлаждающей среды, различают машины с воздушным, водородным, масляным, водяным охлаждением. В одной машине может быть использовано одновременно несколько охлаждающих веществ.

Если охлаждение обеспечивается за счёт испарения жидкости, то система охлаждения называется испарительной.

В зависимости от способа охлаждения обмоток различают:

А) косвенное охлаждение, при котором охлаждающий газ или жидкость не соприкасаются с обмоткой;

В) непосредственное охлаждение, при котором охлаждающий газ или жидкость соприкасаются с обмоткой, либо протекает по специальным каналам.



Опубликовать


Если вам понравилась эта статья, разместите ссылку у себя на сайте или форуме. Для этого скопируйте текст, расположенный ниже:

Ссылка на статью для форума (bbcodes):
[url=http://treugoma.ru/machines/klassifikacia-masin-i-apparatov-obshee/]Определение электрической машины. Классификация по функциональному назначению[/url]
html ссылка:
<a target="_blank" title="Определение электрической машины. Классификация по функциональному назначению" href="http://treugoma.ru/machines/klassifikacia-masin-i-apparatov-obshee/">Определение электрической машины. Классификация по функциональному назначению</a>


Поиск по сайту

© 2010 - 2017 treugoma.ru


Warning: include_once(/home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/cnstats/cnt.php) [function.include-once]: failed to open stream: Нет такого файла или каталога in /home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/netcat/index.php(67) : eval()'d code on line 168

Warning: include_once() [function.include]: Failed opening '/home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/cnstats/cnt.php' for inclusion (include_path='/home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/netcat/require/lib/') in /home/p/phones3gru/new_netcat4/public_html/netcat/index.php(67) : eval()'d code on line 168