Электрические машины переменного тока: устройство, классификация, назначение

Устройство

Машина, работающая как на постоянном, так и на переменном токе, состоит из двух частей:

1. фиксированный — индуктор или статор;
2. внутри него вращается — якорь или ротор.

Каждый узел состоит из сердечника и обмотки, размещенных в пазах. Отличие машин Ипост и Ипер состоит в порядке подачи питания: в первом случае — на обмотку вращающейся части, во втором — на неподвижную.

Еще одна особенность: сердечники статора и ротора выполнены из отдельных изолированных пластин из электротехнической стали, препятствующих возникновению в них вихревых токов.

Термины «индуктор» и «якорь» относятся к машинам постоянного тока.

Принцип работы

Электрические машины могут выполнять функции:

1. генератор. Установка вырабатывает ток за счет явления электромагнитной индукции: изменения магнитного потока, пересекающего проводник, приводят к возникновению в нем ЭДС;
2. двигатель. Электромагнитный эффект от статора заставляет вращаться подвижный компонент.

Важное отличие от устройств Ipost: в режиме двигателя вращается магнитное поле, создаваемое статором. Это из-за природы Iper. (периодическое изменение размера и направления) и расположение витков обмотки.

По типу электропитания электрические машины делятся на два типа:

1. простая фаза. Обмотки статора разнесены под углом 1800, в результате чего при Iпер образуется пульсирующее магнитное поле. Его можно представить как сумму двух полей, вращающихся в противоположных направлениях. Наличие пульсирующего поля для вращения ротора недостаточно, но если ему придать такое движение извне, он будет продолжать вращаться в том же направлении. Это связано с тем, что за счет электромагнитного взаимодействия подвижный элемент гасит ту составляющую пульсирующего магнитного поля, которая направлена ​​навстречу вращению. В результате остается активным только одно вращающееся магнитное поле, которое и увлекает за собой ротор. На ранних этапах ротор раскручивали вручную, сегодня это делается с помощью пусковой обмотки, шунтирования или пуска через конденсатор;
2. трехфазный. Обмотки фаз А, В и С разнесены на треть периода (в однополюсной машине это 120 градусов), в результате чего результирующее магнитное поле, обусловленное разностью токов в фазах, кажется, вращается в одном направлении. Очевидно, что за период он совершит один оборот, то есть при частоте тока 50 Гц поле вращается со скоростью 3000 об/мин. Если на роторе установить электромагнит с двумя парами полюсов, а на статоре 6 равноотстоящими катушками, подключенными к фазам в последовательности А — В — С — А — В — С, скорость вращения поля уменьшится вдвое: вверх до 1500 об/мин. Он равен W = (60*f)/n, где f — частота электрического тока, n — количество пар полюсов и катушек, присоединяемых к одной фазе.

Это касается как двигателя, так и генератора. То есть для создания 3-х фазного тока частотой 50 Гц, с 30 парами полюсов, ротор должен вращаться со скоростью всего 100 об/мин вместо 3000, что важно для роторов гидроэлектростанций.

Сколько бы ни было катушек, все они объединены в 3 однофазные группы, поэтому статор 3-фазной электрической машины всегда имеет 6 выходных выводов. В группах катушки соединены параллельно или последовательно.

Устройство и принцип действия синхронных МПТ

По конструкции и расположению статора синхронная машина аналогична асинхронной. Обмотка называется якорем и выполняется с тем же числом полюсов, что и в предыдущем случае. Ротор снабжен обмоткой возбуждения, питание которой осуществляется контактными кольцами и щетками, подключенными к источнику постоянного тока. Источник представляет собой маломощный генератор-возбудитель, смонтированный на одном валу. В синхронной машине переменного тока обмотка действует как генератор первичного магнитного поля. В процессе проектирования конструкторы стремятся создать условия, чтобы индуктивное распределение поля возбуждения на поверхностях статора было максимально приближено к синусоидальному.

При повышенных нагрузках обмотка статора создает магнитное поле с вращением в сторону ротора с соответствующей частотой. Это создает единое вращательное поле, где поле статора будет воздействовать на ротор. Такое устройство машин переменного тока позволяет использовать их в качестве электродвигателей, если в синхронную обмотку первоначально подается трехфазный ток. Такие системы создают условия для согласованного вращения ротора с частотой, соответствующей полю статора.

Формула мощности трехфазного двигателя

Для определения мощности двигателя формула выглядит так:

Компоненты в формуле:

Если значение In неизвестно, его необходимо найти по соответствующей формуле.

Асинхронные двигатели, используемые для трехфазной сети, являются наиболее устойчивыми и надежными машинами. Однако ограничение частоты переменного тока в 50 Гц не позволяет им развивать скорость более 3000 об/мин. Таким образом, универсальные коллекторные двигатели постоянного тока являются эффективным решением для механических процессов, требующих, чтобы двигатель вращал вал с более высокой частотой.

Отличия от машин постоянного тока

Основное конструктивное отличие заключается в расположении обмотки. В системах переменного тока он покрывает статор, а в машинах постоянного тока — ротор. В обеих группах электродвигатели различаются по типу возбуждения тока — смешанное, параллельное и последовательное. Сегодня машины переменного и постоянного тока используются в промышленности, сельском хозяйстве и бытовом секторе, но первый вариант более привлекателен с точки зрения производительности. Генераторы и двигатели переменного тока выигрывают от улучшенной конструкции, надежности и высокой энергоэффективности.

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

Применение устройств постоянного тока распространено в областях, где на первый план выходят требования точности при регулировании рабочих параметров. Это могут быть тяговые механизмы для транспорта, обрабатывающие машины и сложные измерительные приборы. По производительности машины постоянного и переменного тока имеют высокий КПД, но с разными возможностями технической и конструктивной адаптации к конкретным условиям использования. Работа на постоянном токе предлагает больше возможностей для управления скоростью, что важно при обслуживании серводвигателей и шаговых двигателей.

Явнополюсные и неявнополюсные синхронные машины

Основным отличием систем видных полюсов является наличие в конструкции выступающих полюсов, которые крепятся к специальным выступам вала. В типовых механизмах фиксация осуществляется с помощью Т-образных хвостовых креплений к краю крестовины или вала через втулку. В агрегате маломощных машин переменного тока та же задача может быть решена болтовыми соединениями. В качестве материала обмотки используется полосовая медь, которую наматывают на один край, изолируя специальными прокладками. В ручках со стойками в пазах размещены заводные стержни для запуска. В этом случае используется материал с высоким удельным сопротивлением, такой как латунь. Контуры обмотки на концах приварены к короткозамыкающим элементам, образуя общие кольца для замыкания. Явнополюсные машины мощностью 10-12 кВт могут быть выполнены в так называемой перевернутой схеме, когда якорь вращается, а полюса индуктора остаются неподвижными.

В машинах с невыступающим стержнем в основе конструкции лежит цилиндрический ротор из стальной поковки. В роторе имеются пазы для формирования обмотки возбуждения, полюса которой рассчитаны на высокие скорости. Однако применение такой обмотки в электрических машинах переменного тока большой мощности невозможно из-за высокой степени износа ротора в тяжелых условиях эксплуатации. По этой причине даже в установках средней мощности для роторов применяют высокопрочные детали из цельных поковок на основе хромоникельмолибденовой или хромоникелевой стали.

В соответствии с техническими требованиями по прочности максимальный диаметр рабочей части ротора невыступающего ротора синхронной машины не может превышать 125 см элементов. Максимальная длина ротора 8,5 м. К неявнополюсным агрегатам, применяемым в промышленности, относятся различные турбогенераторы. В частности, с их помощью связывают рабочие моменты паровых турбин с тепловыми электростанциями.

Особенности вертикальных гидрогенераторов

Отдельный класс выдающихся полюсных синхронных МТ, оснащенных вертикальным валом. Такие установки подключаются к гидротурбинам и подбираются по мощности обслуживаемых токов по частоте вращения. Большинство машин переменного тока этого типа низкоскоростны, но имеют большое количество полюсов. Среди ответственных рабочих узлов вертикального генератора водорода можно отметить упорный подшипник и упорный подшипник, несущий нагрузку от вращающихся частей двигателя. В частности, опорный подшипник также подвергается давлению водяных потоков, воздействующих на лопатки турбины. Кроме того, предусмотрен тормоз для остановки вращения, а также в рабочей конструкции присутствуют направляющие подшипники, воспринимающие радиальные усилия.Вам может быть интересно: из чего сделана ткань? Классификация веществ по виду сырья, свойствам и назначению

Реклама

В верхней части машины вместе с генератором водорода могут быть размещены вспомогательные агрегаты, например, возбудитель генератора и регулятор. Последний, кстати, представляет собой независимую машину переменного тока с обмоткой и полюсами под постоянные магниты. Эта настройка обеспечивает питание двигателя для функции автоматического регулятора. В крупных вертикальных гидрогенераторах намагничивание может быть заменено синхронным генератором, который вместе с узлами намагничивания и ртутными выпрямителями подает питание на силовые агрегаты, обслуживающие рабочий процесс основного гидрогенератора. Конфигурация машины с вертикальным валом также используется в качестве приводного механизма для мощных гидравлических насосов.

Основные виды машин переменного тока

Машины переменного тока по числу фаз делятся на многофазные и однофазные. Чаще всего трехфазные машины изготавливают в соответствии с системой трехфазного тока, применяемой на электростанциях. Для автоматических устройств и для бытовых электроприборов применяют двухфазные машины, а иногда и однофазные машины. Работа многофазных машин и некоторых однофазных машин основана на образовании вращающегося магнитного поля.

Каждая машина переменного тока, как и машина постоянного тока, состоит из статора и ротора. По способу формирования магнитного поля статора и ротора машины переменного тока делятся на две группы: асинхронные и синхронные. А. Асинхронная машина. Асинхронная машина — это машина переменного тока, в которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки. Магнитное поле в асинхронной машине создается переменным током в обмотках статора и ротора. Скорость вращения ротора отличается от скорости вращения поля. Асинхронные машины делятся на бесщеточные и коллекторные.

Бесщеточные асинхронные машины являются наиболее распространенными электрическими машинами в народном хозяйстве и в основном используются в качестве двигателей. Коллекторные асинхронные машины имеют больший диапазон характеристик по сравнению с бесщеточными, они также используются в качестве двигателей, но имеют ограниченное применение. Основным типом асинхронной бесщеточной машины является трехфазный двигатель в двух основных исполнениях: двигатель с фазной обмоткой ротора (рис. 1, а) и двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора (рис. 1.6).

Структурные схемы этих машин показаны на рис. 1, где 1 — сердечник статора, собранный из листовой стали, 2 — трехфазная обмотка статора, подключенная к сети переменного тока, 3 — сердечник ротора, 4 — фазная обмотка ротора, 5 — контактные кольца для присоединения к пусковой или регулировочный реостат, 6 — короткозамкнутая обмотка ротора.

Рис. 1. Структурная схема трехфазного асинхронного двигателя: а — с фазной обмоткой ротора, б — с короткозамкнутой обмоткой ротора Б Синхронная машина. Синхронной машиной называется такая машина переменного тока, скорость вращения ротора которой равна скорости вращения первой гармоники в поле статора и определяется соотношением

Рис. 2. Структурная схема трехфазного синхронного генератора с частотой/переменным током в обмотке статора и числом пар полюсов на машине (1) Как правило, магнитное поле в синхронной машине создается обмоткой постоянного тока ротор и обмотка переменного тока статора. В маломощных синхронных машинах вместо обмотки постоянного тока на роторе используются постоянные магниты (магнитоэлектрические синхронные машины) или магнитное поле создается только переменным током обмотки статора (реактивные синхронные машины). Синхронные машины широко применяются в качестве генераторов трехфазного переменного тока на электростанциях, а также применяются в качестве электродвигателей. На рис. 2 представлена ​​конструктивная схема трехфазной синхронной машины. Здесь 1 — сердечник статора, 2 — трехфазная обмотка статора, 3 — полюса ротора с обмоткой постоянного тока, 4 — кольца для подключения обмотки ротора к источнику постоянного тока, 5 — вентиляторы.

Рис. Рис. 3. Основные типы синхронных машин: а — с выдающимся полюсным ротором, б — с невыступающим полюсным ротором По конструкции ротора различают два типа синхронных машин: машина с выдающимся полюсом ротора, где витки обмотки постоянного тока размещены на выступающих полюсах (рис. 3, а) и машина с невыступающим полюсным ротором, где распределенная обмотка постоянного тока уложена в пазах ротора (рис. 3.6). Явнополюсная синхронная машина изготавливается на частоту вращения до 1500 об/мин и используется в качестве генератора или двигателя. Наиболее крупные синхронные машины устанавливаются на гидроэлектростанциях и приводятся в движение гидротурбинами с частотой вращения до 300 об/мин. Неявнополюсная синхронная машина в основном используется в качестве генератора на тепловых электростанциях и приводится в действие паровой турбиной со скоростью обычно 3000 об/мин (при частоте 50 Гц).

Особенности

По способу взаимодействия ротора с вращающимся магнитным полем устройства делятся на два типа — синхронные и асинхронные. В первом случае скорости вращения поля и ротора одинаковы, во втором — различны.

Синхронная электрическая

Установки этого типа так же широко используются, как двигатели и генераторы. Подобные машины используются на всех электростанциях. Ротор имеет собственные магнитные полюса.

Ротор представляет собой электромагнит для Ipost от стороннего источника, реже постоянный магнит. Сторонний источник Ipost обычно приводит в действие генератор, установленный на валу машины. Но в некоторых случаях также используется батарея.

Вращение происходит за счет взаимодействия между вращающимся магнитным полем статора и собственным полем ротора. Первый тащит за собой второй, заставляя подвижный элемент вращаться с той же скоростью (режим двигателя). Однако, если ротор вращается внешней механической силой, на зажимах обмотки статора будет получено 3-х фазное напряжение (режим генератора).

Асинхронная электрическая

Это устройство в основном используется в качестве двигателя. По сравнению с синхронным имеет более простую конструкцию, что и объясняет его широкое распространение. Ротор не имеет собственных магнитных полюсов, так как его магнитное поле индуцируется (у синхронных оно свое).

Асинхронные машины делятся на два типа:

• коллекционер;
• бесщеточный.

Первые более разнообразны по характеристикам, но из-за наличия такого дорогого и ненадежного узла, как коллектор, область их применения ограничена.

Бесколлекторные устройства самые распространенные, они делятся на два типа:

• с короткозамкнутым ротором;
• с фазным ротором.

Обмотка первого представляет собой обойму из медных или алюминиевых стержней в виде беличьего колеса, при этом сам корпус элемента выполнен из ферромагнитной стали и представляет собой сердечник.

Вместе сердечники ротора и статора образуют магнитопровод, а обмотки на них выполняют роль трансформаторов:

1. в обмотках статора при подключении выводов к 3-х фазному напряжению образуется вращающееся магнитное поле, как описано выше;
2. для ротора движущееся относительно него вращающееся магнитное поле является переменным, и именно поэтому по закону электромагнитной индукции в обмотке наводится ЭДС и возникает ток;
3. он создает магнитное поле в обмотке ротора, которое взаимодействует с полем статора. Другими словами, создается сила Ампера, которая действует на стержни ротора. Он начинает вращаться вслед за полем статора.

Скорость вращения ротора V, конечно, не может быть равна аналогичному параметру поля статора V0, так как последнее для обмотки ротора в таких условиях уже не будет переменным.

Поэтому такой двигатель называется асинхронным. Если ротор при вращении принимает на себя поле статора, машина переходит в генераторный режим. Разница между V и V0 характеризуется коэффициентом скольжения S = (V0 – V)/V0.

Короткозамкнутый ротор

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют три недостатка, которые ограничивают их диапазон:

• малый пусковой момент: при срабатывании полюса магнитного поля индуцируются в роторе под полюсами вращающегося поля статора;
• высокий пусковой ток: в 5-15 раз выше рабочего;
• если нагрузка на вал превышает максимальный крутящий момент, двигатель останавливается.

Обмотка фазного ротора выполнена как обмотка статора. В момент запуска к нему подключается внешнее сопротивление, из-за чего меняется взаимное расположение магнитных полей подвижного и неподвижного элементов — полюса одного выводятся из-под полюсов другого. Возникает высокий пусковой момент (или пуск).

Читайте также: Как работает бесщеточный двигатель

История изобретения

Изобретение простейшего способа преобразования энергии из электрической в ​​механическую принадлежит Майклу Фарадею. В 1821 году этот великий английский ученый провел опыт с проводником, погруженным в сосуд с ртутью, на дне которого находился постоянный магнит. После подачи электричества на проводник он начинал двигаться, вращаясь соответственно силовым линиям магнитного поля. Сегодня этот эксперимент часто проводят на уроках физики, заменяя ртуть рассолом.

Дальнейшее изучение проблемы привело к созданию Питером Барлоу в 1824 году униполярного двигателя, названного колесом Барлоу. В конструкцию входят две медные шестерни, расположенные на одной оси между постоянными магнитами. После подачи тока на колеса в результате его взаимодействия с магнитными полями колеса начинают вращаться. В ходе экспериментов исследователь обнаружил, что направление вращения можно изменить, изменив полярность (переставив магниты или контакты). Однако практическое применение «колеса Барлоу» сыграло важную роль в изучении взаимодействия магнитных полей с заряженными проводниками.

Первый рабочий прототип устройства, ставшего прародителем современных двигателей, был создан русским физиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Принцип использования вращающегося в магнитном поле ротора, продемонстрированный в этом изобретении, почти без изменений используется в современные двигатели постоянного тока.

А вот создание первого двигателя с асинхронным принципом работы принадлежит сразу двум ученым — Николе Тесле и Галилео Феррарису, которые по счастливому стечению обстоятельств продемонстрировали свои изобретения в один год (1888). Через несколько лет двухфазный бесколлекторный двигатель переменного тока, созданный Николой Теслой, уже использовался на нескольких электростанциях. В 1889 году русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский усовершенствовал изобретение Теслы для работы в трехфазной сети, благодаря чему ему удалось создать первый асинхронный двигатель переменного тока мощностью более 100 Вт. Ему также принадлежит изобретение применяемых сегодня способов соединения фаз в трехфазных электродвигателях: «звезда» и «треугольник», пусковых реостатов и трехфазных трансформаторов.

Система переменного тока, предложенная Westinghouse

Подключение к однофазным и трехфазным источникам питания

По типу питающей сети электродвигатели переменного тока подразделяются на однофазные и трехфазные.

Подключить асинхронные однофазные двигатели очень просто – для этого достаточно подвести к двум выводам на корпусе фазный и нулевой провода однофазной сети 220В. Синхронные двигатели также могут питаться от этого типа сети, но подключение несколько сложнее — необходимо соединить обмотки ротора и статора так, чтобы их однополюсные намагничивающие контакты располагались друг напротив друга.

подключение к трехфазной сети выглядит несколько сложнее. В первую очередь следует отметить, что в клеммной коробке находится 6 проводов — по паре на каждую из трех обмоток. Во-вторых, дает возможность использовать один из двух способов подключения («звезда» и «треугольник»). Неправильное подключение может привести к повреждению двигателя из-за расплавления обмоток статора.

Основным функциональным отличием «звезды» от «треугольника» является разная потребляемая мощность, что сделано для того, чтобы автомат можно было подключать к трехфазным сетям с разным линейным напряжением – 380В или 660В. В первом случае обмотки следует соединять по схеме «треугольник», а во втором — «звезда». Такое правило коммутации позволяет в обоих случаях иметь на обмотках каждой фазы напряжение 380В.

На панели выключателя провода обмотки расположены таким образом, что перемычки, используемые для включения, не пересекаются друг с другом. Если распределительная коробка двигателя содержит только три вывода, она рассчитана на работу от напряжения, которое указано в технической документации, а обмотки соединены между собой внутри устройства.

Основная информация, сфера применения

Двигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Синхронные двигатели — это двигатели, скорость вращения которых постоянна по отношению к частоте сети; для асинхронных двигателей это отношение непостоянно. Скорость вращения асинхронных двигателей изменяется в зависимости от нагрузки.

Асинхронные двигатели могут иметь преобразователи в виде коллектора (коллекторные машины) или быть без коллектора (без коллектора).

Функция электродвигателей определяется основными энергетическими процессами, происходящими в них (двигатель, генератор, тормоз и преобразователь), и функция должна быть выражена количественно. Количественный режим работы характеризуется рядом электрических и механических переменных: токами, напряжениями, силами, скоростями и другими. Электродвигатель предназначен для работы при определенных внешних условиях с определенными значениями параметров (токи, напряжения, мощности и т д.), и работает определенное и достаточно продолжительное время.

Заданные значения различных величин, определяющих режим работы двигателя, называются номинальными, а режим — номинальным.

Основные значения указаны на специальной панели двигателя.

Если двигатель работает в режиме, аналогичном номинальному режиму, с величиной, отличной от номинального режима, но не приводит к снижению надежности двигателя, это нормальная работа, в противном случае — нештатная работа.

Все допустимые нормальные и нестандартные режимы работы четко определены в ГОСТ, технических условиях и инструкции по эксплуатации.

Среди двигателей переменного тока наиболее распространены асинхронные двигатели с трехфазной симметричной обмоткой на статоре, который приводится в движение сетью переменного тока, и с трехфазной или многофазной обмоткой на роторе. Асинхронные двигатели в основном используются в качестве двигателей, а синхронные двигатели в основном используются в качестве генераторов, поскольку электродвигатель может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.

Асинхронные двигатели малой мощности часто бывают однофазными, поэтому их можно использовать в двухпроводных приложениях. Эти двигатели широко используются в бытовой технике. В промышленности широко применяются трехфазные электродвигатели, которые работают от промышленной трехпроводной сети.

В большинстве асинхронных двигателей используется ротор с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутый ротор намотан в виде цилиндрического сепаратора из медных или алюминиевых стержней, который без изоляции вставлен в сердечник ротора.

Асинхронные электродвигатели выпускаются отечественной промышленностью единой серией, охватывающей все необходимые силы и скорости. В основном двигатели выпускаются для питания от сети частотой 50 Гц. Двигатели общего назначения имеют солидную шкалу производительности на всех скоростях.

Буквенные обозначения всех серий асинхронных двигателей содержат букву А (асинхронный), а последующие буквы указывают на конструкцию двигателя.

С 1978 г асинхронные двигатели мощностью от 0,06 до 400 кВт при 500-3000 об/мин выпускаются в основном в виде серии 4А, пришедшей в этом диапазоне мощностей на смену серии А2. Двигатели 4А полностью соответствуют рекомендациям IEC (Международной электротехнической комиссии) по габаритам и установочно-присоединительным размерам, что обеспечивает взаимозаменяемость отечественных электродвигателей с электродвигателями зарубежного производства.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором изготавливаются в основном для общепромышленного применения в условиях умеренного климата.

Номинальные значения климатических факторов определяются по действующим ГОСТам, но высота над уровнем моря не должна превышать 1000 м, содержание пыли в воздухе не должно превышать: 2 мг на кубический метр для двигателей защищенного исполнения и 10 мг за кубометр для двигателей в закрытом дутьевом исполнении (среда не взрывоопасная и не содержит агрессивных газов и паров, разрушающих металлы и изоляцию и токопроводящие элементы).

Номинальные данные двигателя относятся к длительной работе при частоте подключения к сети 50 Гц.

Для защиты окружающей среды двигатели выпускаются в двух исполнениях: защищенном (1П23) и закрытом (1П44).

Двигатели имеют стандартную шкалу мощности, применимую для всех скоростей: 0,06; 0,09; 0,12; 0,18; 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11,0; 15,0; 18,5; 22; тридцать; 37; 45; 55; 75; 90; 110; 132; 160; 200; 250; 315; 400 кВт.

Шкала высот осей вращения (над опорной плитой) соответствует рекомендациям IEC: 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 132; 160; 180; 200; 225; 250; 280; 315; 355 мм.

При маркировке двигателей серийный номер указывается цифрой, за которой следует номер двигателя, например А (асинхронный); затем указывается версия двигателя (например): H — защищенная версия); затем указать материал, из которого изготовлены рама и панели двигателя (А — рама и панели из алюминия, Х — рама из алюминия и панели из чугуна); тогда 50-355 — высота оси вращения; S, L, M — установочные размеры по длине рамы; А, В — указана длина магнитопровода (А — первая длина, вторая длина — В).

Также указано количество полюсов двигателя: 2, 4, 6, 8, 10, 12; климатическое исполнение с учетом возможности перегрева двигателя в процессе эксплуатации и повреждения изоляции (У — умеренный климат, С — северное, Т — тропическое), то категория размещения обозначается цифрой по стандарту (для пример — 3).

Например: Электродвигатель 4АА56А2У3 — 4 серии, асинхронный, закрытого исполнения, рамы и панели из алюминия, высотой 56 мм от оси вращения, магнитопровод первой длины, двухполюсный, для умеренного климата, 3 расположения категории.

Двигатели мощностью 0,12…0,37 кВт работают при напряжении 220…380 В, 0,55…110 кВт — при напряжении 220…380 и 380…680 В, мощность 132…400 кВт при напряжении 380…680 В.

Помимо базовой версии, серия имеет ряд электрических модификаций и несколько специальных версий: химстойкая, влагостойкая на 60 Гц и другие. Размеры всех модифицированных и специализированных версий соответствуют размерам соответствующих двигателей в базовой версии. Серийный сегмент имеет непрерывную шкалу мощности: 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250 кВт.

Для каждого типоразмера есть 2-3 варианта двигателей, в зависимости от длины магнитопровода.

В соответствии с методом защиты окружающей среды двигатели имеют два варианта исполнения: брызгозащитный (обеспечивает защиту от падения под углом 60 градусов к вертикали (двигатели имеют обозначение А2); двигатели в закрытом корпусе — обеспечивает защиту от твердых предметов с диаметром не менее 1 мм и водяными брызгами во все стороны (двигатели имеют обозначение АО2).

Синхронные двигатели представляют собой электрические машины с двумя обмотками, одна обмотка которых подключена к сети с постоянной скоростью, а две обмотки возбуждаются постоянным током, при этом скорость вращения ротора не зависит от нагрузки.

Применяются в качестве двигателей в крупных установках (привод поршневого компрессора, воздухопровод и т д.), в основном используются в качестве генераторов.

Номинальные значения для синхронных двигателей: механическая мощность на валу двигателя кВт; Фактор силы; эффективность; фазовая диаграмма обмотки статора; напряжение линии статора В; скорость статора (об/мин); частота тока статора Гц; ток сети статора А; напряжение возбуждения и ток обмотки.

Каждый двигатель промаркирован. На корпусе каждого двигателя, на табличке указаны: товарный знак изготовителя; тип двигателя с указанием климатических характеристик и категории; серийный номер двигателя; номинальный режим работы; номинальная мощность, кВт; давление, В; электрическая мощность, А; частота вращения, об/мин; система возбуждения; напряжение параллельной обмотки, В; масса; год выпуска; стандарт.

Для взрывозащищенных двигателей символ взрывозащиты (EPG) должен быть размещен на видном месте, а метка заземления должна находиться рядом с клеммами заземления.

Двигатели переменного тока нашли самое широкое применение в промышленности, они используются для привода быстроходных механизмов, для привода насосов, вентиляторов, прокатных станов и т д. Электродвигатели применяются во многих отраслях промышленности.

Преимущества и недостатки электрических двигателей переменного тока

На сегодняшний день среди всех электродвигателей агрегаты переменного тока занимают ведущее место по степени использования в электростанциях. Они имеют невысокую стоимость, простую в обслуживании конструкцию и КПД не менее 90%. Кроме того, их устройство позволяет плавно изменять скорость вращения, не прибегая к дополнительному оборудованию, например, редукторам.

Основным недостатком двигателей переменного тока с асинхронным принципом действия является то, что скорость их вала можно регулировать только изменением частоты входного тока. Это не позволяет добиться постоянной скорости вращения, а также снижает мощность. Асинхронные двигатели характеризуются высокими пусковыми токами, но низким пусковым моментом. Для исправления этих недостатков используется преобразователь частоты, но цена противоречит одному из главных достоинств этих двигателей — низкой цене.

Слабым местом синхронного двигателя является его сложная конструкция. Графитовые щетки достаточно быстро выходят из строя под нагрузкой, а также теряют плотный контакт с коллектором из-за ослабления нажимной пружины. Кроме того, эти двигатели, как и их асинхронные аналоги, не защищены от износа подшипников вала. К недостаткам также можно отнести более сложный пуск, потребность в источнике постоянного тока и исключительно частотно-регулируемое регулирование скорости.

Классификация по роду тока и принципу действия

Как известно, существует два вида электрического тока — переменный ток и постоянный ток. Исходя из этого, электрические машины также делятся на два типа по роду тока – электрические машины переменного тока и электрические машины постоянного тока.

Электрические машины переменного тока

В свою очередь электрические машины переменного тока подразделяются на:

• Трансформаторы наиболее широко используются в сетях электроснабжения для преобразования напряжения (в сторону повышения и понижения). Они также достаточно широко используются в выпрямительных установках для согласования напряжения, в устройствах связи, вычислительной техники и автоматики. Часто используются для электрических измерений (измерительные трансформаторы), а также для различных функциональных преобразований (вращающиеся трансформаторы).

• Асинхронные электродвигатели получили наибольшее распространение в мире благодаря их относительной простоте и дешевизне. Простота конструкции и высокая надежность позволяют использовать их не только в промышленных электроустановках (станки, краны, грузоподъемные машины), но и в быту (холодильные компрессоры, вентиляторы, пылесосы). Достаточно широкое распространение получили однофазные и двухфазные асинхронно управляемые электродвигатели, а также уплотнения и асинхронные тахогенераторы.

• Синхронные двигатели наиболее широко используются в качестве генераторов электрического тока на электростанциях. Их также можно использовать в качестве высокочастотных генераторов в различных источниках питания (например, на кораблях, тепловозах, самолетах). Также в электростанциях большой мощности применяются синхронные электродвигатели, которые, кроме выполнения полезной работы, могут влиять и на коэффициент тока сети cos φ. Что касается маломощных электроприводов, то там довольно широкое распространение получили реактивные синхронные электродвигатели, ступени, индукторы, с постоянными магнитами и другие.
• Коллекторные машины – применяются относительно редко и часто только как электродвигатели. Это связано со сложностью их конструкции, а также необходимостью достаточно тщательного ухода за ними. В бытовых электроприборах и устройствах автоматики применяют универсальные коллекторные электродвигатели, способные работать на двух видах тока — постоянном и переменном.

Электрические машины постоянного тока

В последнее время они были наиболее популярны в приводах с регулируемой скоростью из-за простоты управления. Они работают практически во всех сферах промышленности и транспорта. Из-за повышенных затрат и требовательности к обслуживанию их активно заменяют частотными преобразователями с регулируемой частотой.

В связи с широким применением машин постоянного тока получили распространение и генераторы постоянного тока. Их использовали как источники постоянного напряжения для зарядки аккумуляторов, на транспорте (паровозы, теплоходы и др.), а также в промышленности (генераторно-двигательная система). В связи с развитием полупроводниковой техники генераторы постоянного тока постепенно вытесняются из эксплуатации и активно заменяются генераторами переменного тока, работающими совместно с полупроводниковым преобразователем.

Электродвигатели постоянного тока также используются в системах автоматического управления для автоматизированных систем управления, таких как усилители электрических машин, тахогенераторы и исполнительные электродвигатели.

Электрические микромашины

Микрокомпьютеры активно используются в автоматических устройствах. В соответствии с этим их делят на группы:

• Power micromotors — приводите в движение механизмы различных автоматических устройств. Например регистраторы и прочее.

• Исполнительные (управляемые) микромашины — осуществляют преобразование электрической энергии в механическую, то есть обрабатывают определенные команды извне.
• Тахогенераторы — преобразуют механическую энергию вращения вала в электрический сигнал напряжения, который пропорционален скорости вращения вала.
• Поворотные трансформаторы — на выходе этих трансформаторов устанавливается напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора, например синусу или косинусу заданного угла, или самому углу.
• Машины синхронной связи — (магнезины или сельсины) совершают синфазное и синхронное вращение или вращение нескольких осей, не имеющих между собой механической связи.
• Микромашины гироскопических приборов — вращают роторы гироскопов с достаточно высокой частотой, а также корректируют их положение.
• Электромашинные усилители и преобразователи.

Машины первых двух групп довольно часто называют силовыми, а электродвигатели третьей — пятой групп — информационными.