Синхронные машины специального назначения

Реферат

Синхронные машины специального назначения

1. Синхронные машины с постоянными магнитами

Синхронные машины с постоянными магнитами (магнитоэлектрические) не имеют обмотки возбуждения на роторе, а возбуждающий магнитный поток у них создается постоянными магнитами, расположенными на роторе. Статор этих машин обычной конструкции с двух- или трехфазной обмоткой.

Применяют эти машины чаще всего в качестве двигателей небольшой мощности. Синхронные генераторы с постоянными магнитами применяют реже, главным образом в качестве автономно работающих генераторов повышенной частоты, малой и средней мощности.

Синхронные магнитоэлектрические двигатели.

радиальном расположении

аксиальном расположении

Конструкции с аксиальным расположением магнита применяют в двигателях малого диаметра мощностью до 100 Вт; конструкции с радиальным расположением магнитов применяют в двигателях большего диаметра мощностью до 500 Вт и более.

Физические процессы, протекающие при асинхронном пуске этих двигателей, имеют некоторую особенность, обусловленную тем, что магнитоэлектрические двигатели пускают в возбужденном состоянии. Поле постоянного магнита в процессе разгона ротора наводит в обмотке статора ЭДС , частота которой увеличивается пропорционально частоте вращения ротора. Эта ЭДС наводит в обмотке статора ток, взаимодействующий с полем постоянных магнитов и создающий тормозной момент , направленный встречно вращению ротора.

Рис. .1. Магнитоэлектрические синхронные двигатели с радиальным (а) и аксиальным (б) расположением постоянных магнитов: 1 — статор, 2 — короткозамкнутый ротор, 3 — постоянный магнит

Таким образом, при разгоне двигателя с постоянными магнитами на его ротор действуют два асинхронных момента (рис. .2): вращающий (от тока , поступающего в обмотку статора из сети) и тормозной (от тока , наведенного в обмотке статора полем постоянного магнита).

Однако зависимость этих моментов от частоты вращения ротора (скольжения) различна: максимум вращающего момента соответствует значительной частоте (небольшому скольжению), а максимум тормозного момента М Т малой частоте вращения (большому скольжению).

6 стр., 2967 слов

Синхронный двигатель с постоянными магнитами

... валу трехфазного синхронного двигателя и трехфазного синхронного генератора, которые выполнены с возбуждением от постоянных магнитов. Ротор и статор двигателя и генератора имеют явно выраженные полюса. Обмотки статора намотаны вокруг полюсов статора. Постоянные магниты возбуждения в двигателе и генераторе ...

Разгон ротора происходит под действием результирующего момента , который имеет значительный «провал» в зоне малых частот вращения. Из приведенных на рисунке кривых видно, что влияние момента на пусковые свойства двигателя, в частности на момент входа в синхронизм М вх , значительно.

Для обеспечения надежного пуска двигателя необходимо, чтобы минимальный результирующий момент в асинхронном режиме и момент входа в синхронизм М вх , были больше момента нагрузки. Форма кривой асинхронного момента магнитоэлектрического двигателя в значительной степени зависит от активного сопротивления пусковой клетки и от степени возбужденности двигателя, характеризуемой величиной , где Е 0 ЭДС фазы статора, наведенная в режиме холостого хода при вращении ротора с синхронной частотой. С увеличением «провал» в кривой момента увеличивается.

Рис 2. Графики асинхронных моментов магнитоэлектрического синхронного двигателя

Электромагнитные процессы в магнитоэлектрических синхронных двигателях в принципе аналогичны процессам в синхронных двигателях с электромагнитным возбуждением. Однако необходимо иметь в виду, что постоянные магниты в магнитоэлектрических машинах подвержены размагничиванию действием магнитного потока реакции якоря. Пусковая обмотка несколько ослабляет это размагничивание, так как оказывает на постоянные магниты экранирующее действие.

Положительные свойства магнитоэлектрических синхронных двигателей — повышенная устойчивость работы в синхронном режиме и равномерность частоты вращения, а также способность синфазного вращения нескольких двигателей, включенных в одну сеть. Эти двигатели имеют сравнительно высокие энергетические показатели (КПД и ,).

Недостатки магнитоэлектрических синхронных двигателей — повышенная стоимость по сравнению с синхронными двигателями других типов, обусловленная высокой стоимостью и сложностью обработки постоянных магнитов, выполняемых из сплавов, обладающих большой коэрцитивной силой (ални, алнико, магнико и др.).

Эти двигатели обычно изготовляют на небольшие мощности и применяют в приборостроении и в устройствах автоматики для привода механизмов, требующих постоянства частоты вращения.

Синхронные магнитоэлектрические генераторы

Помимо недостатков, отмеченных при рассмотрении магнитоэлектрических синхронных двигателей, генераторы с постоянными магнитами имеют еще один недостаток, обусловленный отсутствием обмотки возбуждения, а поэтому регулировка напряжения в магнитоэлектрических генераторах практически невозможна. Это затрудняет стабилизацию напряжения генератора при изменениях нагрузки.

Рис.3. Роторы магнитоэлектрических синхронных генераторов: 1 — вал; 2 — постоянный магнит; 3 — полюс; 4 — немагнитная втулка

2. Синхронные реактивные двигатели

Отличительная особенность синхронных реактивных двигателей (СРД) — отсутствие у них возбуждения со стороны ротора. Основной магнитный поток в этом двигателе создается исключительно за счет МДС обмотки статора. В двух- и в трехфазных СРД эта МДС является вращающейся.

Для выяснения принципа действия СРД обратимся к выражению электромагнитного момента явнополюсной синхронной машины [см. (21.10)], из которого следует, что если отключить обмотку возбуждения ( = 0), то основная составляющая момента становится равной нулю и на ротор машины продолжает действовать лишь реактивная составляющая момента [см. (21.12)]

10 стр., 4583 слов

Гистерезисный двигатель

... используется гистерезисный двигатель. Гистерезисный двигатель (ГД) - это бесконтактный ЭД, в котором вращающий момент возникает за счет явления магнитного гистерезиса при перемагничивании ротора полем ... на синхронный режим общие закономерности магнитоэлектрического преобразования. По сравнению с электромагнитным преобразованием отличие состоит в том, что проводимости подвижного элемента (ротора) по ...

Принцип действия СРД заключается в следующем. При включении обмотки статора в сеть возникает вращающееся магнитное поле.

Рис 4. Принцип действия синхронного реактивного двигателя

Как только ось этого поля займет положение в пространстве расточки статора, при котором она будет смещена относительно продольной оси невозбужденных полюсов ротора на угол в сторону вращения (рис. .4, а), между полюсами этого поля и выступающими полюсами невозбужденного ротора возникнет реактивная сила магнитного притяжения полюса ротора к полюсу вращающегося поля статора . Вектор этой силы смещен относительно продольной оси ротора также на угол , поэтому сила имеет две составляющие: нормальную , направленную по продольной оси ротора, и тангенциальную , направленную перпендикулярно продольной оси полюсов ротора. Совокупность тангенциальных составляющих реактивных сил на всех полюсах невозбужденного ротора создаст вращающий реактивный момент , который будет вращать ротор с синхронной частотой . С ростом механической нагрузки на вал СРД угол увеличивается и момент М р растет.

Однако при значении угла = 90° реактивный момент М р = 0. Такая зависимость момента М р от угла является принципиальной для реактивного момента, отличающей его от основной составляющей электромагнитного момента синхронного двигателя с возбужденным ротором (см. рис. 22.2, график 1 ), который при =90° имеет максимальное значение. Из рис. .4, б видно, что при = 90° реактивные силы магнитного притяжения , действующие на каждый полюс невозбужденного ротора, взаимно уравновешиваются и реактивный момент . Максимальное значение реактивного момента наступает при значении угла = 45°. Поэтому зависимость реактивного момента М р от угла определяется выражением

(1)

Графически эта зависимость представлена кривой 2 на рис.22.2. Непременное условие создания реактивного момента М р явнополюсная конструкция ротора, так как только в этом случае .

Мощность СРД и развиваемый им момент меньше, чем у синхронного двигателя с возбужденными полюсами ротора. Объясняется это тем, что у СРД из-за отсутствия магнитного потока ротора ) ЭДС Е 0 = 0, поэтому основная составляющая электромагнитного момента = 0 [см. (21.11)] и электромагнитный момент СРД определяется лишь реактивной составляющей (= М р ). Поэтому при одинаковых габаритах синхронного двигателя с возбужденными полюсами ротора и СРД мощность на валу и развиваемый момент у СРД намного меньше.

Рис .5. Конструкция роторов синхронного реактивного двигателя

К недостаткам СРД следует также отнести невысокие значения коэффициента мощности и КПД. Объясняется это значительным намагничивающим током статора, так как возбуждение СРД происходит за счет магнитного поля статора.

В СРД применяют асинхронный пуск. Для этого ротор снабжают короткозамкнутой пусковой клеткой. На рис. .5, а показами традиционная конструкция ротора СРД, отличающаяся от ротора асинхронного двигателя лишь наличием впадин, обеспечивающих ротору явнополюсную конструкцию. Чем больше эти впадины, тем больше отношение , а следовательно, и реактивный момент М р . Однако с увеличением впадин растет средняя величина воздушного зазора, что ведет к повышению намагничивающего тока статора, а следовательно, к снижению энергетических показателей двигателя — коэффициента мощности и КПД. Кроме того, с увеличением впадин сокращаются размеры пусковой клетки, что ведет к уменьшению асинхронного момента, т. е. к уменьшению пускового момента и момента входа в синхронизм.

4 стр., 1898 слов

Техническое обслуживание асинхронного двигателя

... ротора. По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающий момент создается в следствии гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели ... большого начального вращающегося момента. Благодаря этой особенности электродвигатель с фазным ротором является оптимальной машиной энергообеспечения ...

Наилучшие результаты дает следующее соотношение размеров ротора:

и .

В этом случае удается добиться отношения 2.

Более совершенна секционированная конструкция ротора СРД, представляющая собой цилиндр, в котором стальные полосы 2 залиты алюминием 1 (рис. .5).

Такая конструкция ротора позволяет получить отношение . За счет этого существенно возрастает момент М ртах при сохранении намагничивающего тока на допустимом уровне.

На торцах секционированного ротора имеются отлитые из алюминия кольца, замыкающие алюминиевые прослойки ротора, образуя короткозамкнутую пусковую клетку.

Простота конструкции и высокая эксплуатационная надежность обеспечили СРД малой мощности широкое применение и устройствах автоматики для привода самопишущих приборов, и устройствах звуко- и видеозаписи и других установках, требующего строгого постоянства частоты вращения.

3. Гистерезисные двигатели

Работа гистерезисного двигателя основана на действии гистерезисного момента. На рис 6, а показаны два полюса постоянного магнита (поле статора); между ними расположен цилиндр (ротор) из магнитно-твердого материала. Под действием внешнего магнитного поля ротор намагничивается. На стороне обращенной к северному полюсу постоянного магнита, возбуждается южный полюс, а на стороне ротора, обращенной к южному полюсу постоянного магнита, — северный полюс. На ротор начинают действовать силы , направленные радиально к его поверхности. Если полюсы постоянного магнита вращать вокруг ротора, то вследствие явления магнитного запаздывания (гистерезиса) активная часть ротора не будет перемагничиваться одновременно с изменением направления вращающегося магнитного поля и между осью поля ротора и осью внешнего поля появится угол .

Рис 6. К понятию о гистерезисном моменте

Силы , действующие на ротор, также изменят свое направление на угол , а тангенциальные составляющие этих сил , создадут гистерезисный момент М г (рис 6, б).

магнитного запаздывания

потери на гистерезис.

(.2)

где — потери на гистерезис при неподвижном роторе (при =1), т. е. в режиме к. з.

Так как электромагнитная мощность, передаваемая ротору, равна потерям в роторе, деленным на скольжение [см. (13.5)]:

, (3)

а вращающий момент — электромагнитной мощности, деленной на синхронную угловую скорость:

(4)

то, очевидно, величина гистерезисного момента не зависит от частоты вращения ротора (скольжения).

График М г = представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс (рис. 7).

12 стр., 5771 слов

Асинхронный двигатель (2)

... работы Как уже было сказано ранее, основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором. Статор асинхронного двигателя с фазным ротором ... характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой) 1.3.2 Рабочие характеристики Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются ...

Угол гистерезисного сдвига зависит от ширины петли гистерезиса: чем шире петля гистерезиса магнитного материала, тем больше угол гистерезисного сдвига. На рис. .8, а представлены две петли гистерезиса: обычной стали (кривая 2) и сплава викаллой (кривая 1).

Рис. 7. Механические характеристики гистерезисного двигателя

Рис. 8. Петли гистерезиса обычной электротехнической стали и сплава викаллой (а) и устройство сборного ротор; гистерезисного двигателя (б)

Применение обычной стали для изготовления ротора не обеспечивает гистерезисного момента достаточной величины. Только магнитно-твердые материалы, например такие, как викаллой, дают возможность получить большой гистерезисный момент. Роторы гистерезисных двигателей обычно делают сборными. Магнитно-твердая часть выполняется в виде шихтованного или массивного кольца 1, размещенного на втулке 2 (рис. .8, б). Последняя жестко посажена на вал 3.

В машинах с нешихтованным (массивным) ротором вращающееся поле статора наводит в роторе вихревые токи. В результат взаимодействия этих токов с полем статора возникает электромагнитный момент , значение которого пропорционально скольжению:

(.5)

где — потери на вихревые токи в роторе при = 1, т. е. в режиме к.з., Вт; , — угловая синхронная скорость, рад/с.

Наибольшего значения момент достигает при неподвижном роторе (= 1), т. е. в момент пуска электродвигателя. Затем по мере возрастания частоты вращения (уменьшении скольжения) момент убывает (см. рис. .7), при синхронной частоте он становится равным нулю.

Таким образом, электромагнитный вращающий момент гистерезисного двигателя создается совместным действием моментов от вихревых токов и гистерезисного М г :

М =М вт+М т = (6)

На рис. 7 представлена зависимость результирующего момента гистерезисного двигателя от скольжения: М = . Характер этой кривой зависит от соотношения моментов и М г .

Гистерезисный двигатель может работать с синхронной и асинхронной частотами вращения. Однако работа двигателя в асинхронном режиме неэкономична, так как связана со значительными потерями на перемагничивание ротора, величина которых возрастает с увеличением скольжения.

Достоинства гистерезисных двигателей — простота конструкции, бесшумность и надежность в работе, большой пусковой момент, плавность входа в синхронизм, сравнительно высокий КПД, малое изменение кратности тока от пуска до номинальной нагрузки ().

Недостатки гистерезисных двигателей — низкий коэффициент мощности (, = 0,4—0,5) и сравнительно высокая стоимость. Кроме того, при резких колебаниях нагрузки гистерезисные двигатели склонны к качаниям, что создает неравномерность хода (вращения).

Объясняется это отсутствием у гистерезисных двигателей пусковой клетки, которая при резких изменениях нагрузки оказывает на ротор успокаивающее (демпфирующее) действие. Наиболее сильные качания наблюдаются у шихтованного ротора, в котором вихревые токи сильно ограничены. Вызываемая качаниями неравномерность вращения ограничивает области применения гистерезисных двигателей.

6 стр., 2641 слов

Электрические двигатели и генераторы постоянного тока

... постоянного напряжения к зажимам электрической машины постоянного тока в обмотках возбуждения и якоря возникает ток. В результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения в магнитопроводе статора, возникает электромагнитный момент электродвигателя, ...

4. Шаговые двигатели

Шаговые (импульсные) двигатели (ШД) используют обычно в качестве исполнительных двигателей, преобразующих электрические сигналы (импульсы напряжения) в угловые или линейные дискретные (скачкообразные) перемещения (шаги).

Наибольшее применение ШД получили в электроприводах с программным управлением.

Различают шаговые двигатели с активным (возбужденным) и реактивным ротором. Шаговые двигатели с активным ротором имеют обмотку возбуждения или выполнены с постоянными магнитами на роторе; шаговые двигатели с реактивным ротором не имеют обмотки возбуждения, а их ротор выполняют из магнитно-мягкого материала. Обмотку управления ШД обычно располагают на статоре и делают одно- или многофазной (чаще трех- или четырехфазной).

Рассмотрим принцип действия шагового двигателя на примере реактивного трехфазною ШД, статор которого имеет шесть явно выраженных полюсов (по два полюса на фазу), а ротор — два полюса (рис. 9).

Рис 9. Принцип действия реактивного шагового двигателя

При прохождении импульса тока в фазе 1 обмотки управления ротор занимает положение, соответствующее действию электромагнитных сил, т. е. по оси полюсов 1—1. В момент времени появится импульс тока в фазе 2. При этом на ротор будут действовать силы, обусловленные одновременным воздействием двух МДС (полюсов 1— 1 и 2—2 ).

В результате ротор повернется по часовой стрелке и займет положение, промежуточное между полюсами 1—1 к 2—2 , т. е. повернется на шаг = 30°. В момент импульс тока в фазе 1 прекратится и ротор, сделав шаг = 30°, займет положение по оси полюсов 2—2. В момент появится импульс тока в фазе 3 и ротор, повернувшись еще на 30°, займет положение между полюсами статора 2—2 и 33. В моменты времени и ротор также будет совершать шаги по 30° и в конце цикла (момент ) займет положение по оси полюсов статора 1—1, совершив за этот цикл поворот на 180°.

В последующие циклы процессы в ШД будут повторяться. Таким образом, рассматриваемый реактивный трехфазный ШД работает по шеститактной схеме коммутации с раздельно-совместным включением фазных обмоток управления:.

Работают реактивные ШД от однополярных импульсов напряжения, так как изменение полярности этих импульсов не изменяет направления реактивного момента. Для изменения направления вращения ротора рассматриваемого ШД необходимо изменить схему коммутации обмоток, например .

Если в этом двигателе применить раздельное включение обмоток, т. е. принять схему коммутации 1 2 3 …, то шаг двигателя = 60°.

Шаг двигателя (град)

,(7)

где — число полюсных выступов на роторе; т у — число фазных обмоток управления, пространственно смещенных относительно друг друга; коэффициент, определяемый способом включения фазных обмоток управления (при раздельном включении = 1 , при раздельно-совместном — = 2).

магнитоэлектрический генератор гистерезисный

Уменьшение шага способствует повышению устойчивости и точности работы ШД Для уменьшения шага увеличивают число полюсных выступов на роторе . Так, если в рассматриваемом двигателе применить ротор крестообразного сечения ( = 4), то при шеститактной коммутации шаг = 15°.

22 стр., 10893 слов

Технологический процесс изготовления статора трехфазного асинхронного двигателя

... процесс изготовления статора трёхфазного асинхронного двигателя мощностью 3 кВт. Для разработки технологического процесса изготовления статоров серии ... Режим работы Продолжительный Технические характеристики электродвигателей АОЛП Электродвигатель АОЛП 11-10 АОЛП 12-10 АОЛП ... сердечника ротора. Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой сердечника ротора расплавленным ...

Шаговые двигатели с активным ротором (с обмоткой возбуждения или постоянными магнитами на роторе) позволяют получить, большие значения вращающего момента, а также обеспечивают фиксацию ротора при отсутствии управляющего сигнала.

Один из важных параметров ШД — частота приемистости — максимальная частота следования управляющих импульсов, при которой ротор втягивается в синхронизм с места без потери шага. У шаговых двигателей реактивного типа частота приемистости при номинальной нагрузке достигает 1000 — 1300 Гц. С увеличением шага частота приемистости уменьшается. Шаговый двигатель работает в комплекте с коммутатором — устройством, преобразующим заданную последовательность управляющих импульсов в — фазную систему прямоугольных импульсов напряжения.

При рассматривании принципа работы шагового двигателя влияние нагрузочного момента на валу двигателя не учитывалось. Если же на вал шагового двигателя действует нагрузочный момент , то при переключении управляющего импульса с одной фазы на другую МДС статора повернется на угол , а ротор двигателя, поворачиваясь за вектором МДС, будет отставать от него на угол называемый углом статической ошибки шагового двигателя, эл. град:

где — максимальный статический момент, соответствующий углу смещения ротора относительно вектора МДС статора = 90 эл. град.

Быстродействие шаговых двигателей определяется скоростью протекания электромагнитных процессов при переключении управляющих импульсов напряжения с одной фазы статора на другую. Скорость протекания этих процессов оценивается электромагнитной постоянной времени, с

где — индуктивность обмотки одной фазы статора, Гн;

  • активное сопротивление обмотки одной фазы статора, Ом.

Для повышения быстродействия шагового двигателя в обмотки фаз статора последовательно включают резисторы , тогда

Энергетическим показателем шагового двигателя является значение потребляемой мощности . Частота вращения шагового двигателя регулируется изменением частоты подачи управляющих импульсов напряжения на фазы обмотки статора.

5. Синхронный генератор с когтеобразными полюсами и электромагнитным возбуждением

Такие синхронные генераторы широко применяются в автотракторном электрооборудовании. На выходе генератора включают полупроводниковый выпрямитель (рис. .10, а, ) поэтому генератор выполняет функцию источника постоянного тока. Ротор генератора имеет конструкцию, аналогичную рис. .3, б, отличаясь наличием обмотки возбуждения вместо постоянного магнита.

Когтеобразная конструкция ротора позволяет возбудить многополюсный ротор посредством одной катушки возбуждения, подключаемой к источнику постоянного тока через контактные кольца и щетки. В таком роторе аксиально — направленный магнитный поток возбуждения меняет свое направление в воздушном зазоре и становится радиально направленным (рис. 10, б ).

Рис.10. Принципиальная схема включения ( а ) и магнитная система синхронного генератора (б ) с когтеобразными полюсами

Рассматриваемый генератор отличается простотой конструкции, компактностью, надежностью и высокой технологичностью. Последнее достоинство имеет важное значение в условиях массового производства синхронных генераторов с мощности (менее 1 кВА) В схеме электрооборудования генератор включают параллельно с аккумуляторной батареей, и он работает с ней в буферном режиме, т. е. они дополняют друг друга в зависимости от величины нагрузки и частоты вращения приводного двигателя.

15 стр., 7336 слов

Автомобильные генераторы

... ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, ...

Рис. 11. Устройство синхронного генератора с когтеобразными полюсами

На рис. 11 показано устройство автомобильного синхронного генератора типа Г-250. Статор 8 этого генератора представляет собой шихтованный пакет, на 18 зубцах которого расположены катушки 7 , образующие трехфазную обмотку, соединенную звездой. Ротор состоит из вала, на который напрессованы две стальные шайбы с отогнутыми когтеобразными полюсами 2 (по шесть полюсов на каждой шайбе).

На стальную втулку 10 надета цилиндрическая катушка возбуждения 9, концы которой присоединены к контактным кольцам 5. На кольца наложены медно-графитовые щетки 6. На заднем подшипниковом щите 4 расположен выпрямительный блок из шести кремниевых диодов 3, соединенных по мостовой схеме (см. рис .10, а). Подшипниковые щиты / и 4 и сердечник статора стянуты тремя болтами. На валу генератора укреплены центробежный вентилятор 11 и шкив 12, посредством которого ротор генератора приводится во вращение.

6. Индукторные синхронные машины

Некоторые устройства, например установки индукционного нагрева, гироскопические и радиолокационные устройства, требуют для своей работы переменного тока повышенной частоты, выражаемой сотнями и даже тысячами герц. Получение таких переменных токов посредством синхронных генераторов обычной конструкции сопряжено с непреодолимыми трудностями, так как связано с необходимостью либо увеличения частоты вращения свыше 3000 об/мин, либо чрезмерного увеличения числа полюсов, либо одновременного применения обоих мероприятий. Однако увеличение частоты вращения ведет к возрастанию центробежных усилий в роторе до опасных значений, а увеличение числа полюсов ведет к такому уменьшению полюсного деления , при котором размещение обмотки на статоре становится практически невозможным.

Для получения переменного тока повышенной частоты (до 30 кГц) применяют индукторные генераторы, отличительным признаком которых является то, что за один период магнитный поток в них не меняет своего знака, как в обычных синхронных генераторах, а лишь изменяется от до значений, т. е. пульсирует (рис. .12, а ). Пульсирующий поток состоит из двух составляющих: постоянной и переменной , представляющей собой периодически изменяющийся как по значению, так и по направлению магнитный поток с амплитудой =0,5(-).Постоянная составляющая потока не наводит в обмотках ЭДС, а переменная составляющая, сцепляясь с рабочей обмоткой генератора, наводит в ней ЭДС.

Существует несколько конструктивных схем индукторных генераторов. Все они основаны на создании пульсаций магнитного потока за счет изменения проводимости магнитной цепи, т. е. за счет зубцовых пульсаций магнитного потока. Для этого статору и ротору генератора придают зубчатую структуру. Когда зубец ротора находится против зубца статора, то магнитный поток в зубце статора приобретает наибольшее значение, когда же против зубца статора расположен паз ротора, то магнитный поток в этом зубце статора становится наименьшим. При этом частота изменений переменного магнитного потока, а следовательно, и частота ЭДС, наведенной в рабочей обмотке этим потоком, пропорциональны числу зубцов ротора 2 :

8 стр., 3649 слов

Назначение стартера и генератора в конструкции автомобиля

... магнитное поле вращающегося ротора сцепляется с вращающим полем статора, и ротор втягивается в синхронизм. После этого ротор ... Конструкция электродвигателей почти одинакова у всех стартеров. Статоры стартеров изготовляются либо из постоянных магнитов четырех ... направление в развитии автомобильных генераторов. Ими явились генераторы переменного тока. Название «генератор переменного тока» несколько ...

  • (.8)

Рассмотрим одну из конструкций индукторного генератора, называемую сдвоенной (рис. .12, ).

Статор 1 и ротор 5 генератора выполнены сдвоенными. Обмотка возбуждения 2, располагаемая на статоре, подключена к источнику постоянного тока и создает магнитный поток, замыкающийся вдоль вала ротора 4, при этом на каждой части статора (и ротора) возбуждаются полюсы одной полярности.

Рис. .12. Индукторный генератор сдвоенного типа: а — график магнитного потока; б — устройство генератора;в — взаимное расположение зубцов статора и ротора

Число зубцов на статоре и на роторе одинаково. Пульсации магнитного потока происходят за счет смещения. 5цов вращающегося ротора относительно зубцов статора. На каждом зубце статора расположена катушка 3, в которой переменной составляющей магнитного потока наводится ЭДС.

Весьма важным в индукторных генераторах является обеспечение постоянства общего магнитного потока при вращении ротора, так как в противном случае в обмотке возбуждения 2 будет индуцироваться ЭДС высокой частоты. В рассматриваемом индукторном генераторе постоянство общего магнитного потока обмотки возбуждения обеспечивается тем, что один пакет ротора смещен относительно другого пакета на половину зубцового деления (рис. 12, в ).

Благодаря этому магнитное сопротивление суммарному потоку возбуждения остается неизменным при любом положении ротора. Это позволило ротор генератора сделать стальным монолитным (а не шихтованным) профрезерованными пазами.

Коэффициент полезного действия генераторов индукторного на несколько ниже, чем у генераторов промышленной частоты (50 Гц), из-за повышенных электрических потерь в обмотке статора, обусловленных эффектом вытеснения тока, вызывающего увеличение активного сопротивления обмотки. Отсутствие обмоток на роторе позволяет исключить в индукторном генераторе контактные кольца. Это упрощает конструкцию генератора и повышает его надежность.

Генераторы индукторного типа применяются в качестве возбудителей турбогенераторов серии ТВВ. На рис. 13 показано устройство такого возбудителя — генератора индукторного типа мощностью 2700 кВА. В отличие от индукторного генератора сдвоенного типа (см. рис. 12) ротор возбудителя имеет шихтованную конструкцию. Вентиляция генератора выполнена по замкнутому циклу с применением газоохладителей.

Индукторная синхронная машина обратима, т. е. она может работать не только в генераторном, но и в двигательном режиме. Индукторные синхронные двигатели позволяют получать весьма малые частоты вращения без применения механических редукторов. Синхронная частота вращения такого двигателя при частоте питающего напряжения , зависит от числа зубцов 2 в сердечнике ротора: , = 60/2 . Например, при = 50 Гц и 2 = 100 получим = 5060/100 = 30 об/мин.

Для получения вращающегося магнитного поля обмотку статора индукторного двигателя делают либо трехфазной, либо однофазной. В последнем случае на статоре помимо рабочей располагают еще и пусковую обмотку, включаемую в сеть через пусковой конденсатор.

Рис. 13. Возбудитель индукторного типа мощностью 2700 кВА 1 — статор; 2 — ротор; 3 — газоохладитель