Трансформаторные двигатели


Двигательно-трансформаторный агрегат

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения специальных электрических машин, а именно электрических асинхронных герметизированных двигателей, используемых в промышленных установках для работы в химически агрессивных, радиационных и взрывоопасных газообразных и жидких средах, при высоких значениях давления и температуры. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении энергетических характеристик и надежности двигательно-трансформаторного агрегата при одновременном обеспечении возможности расширения области его применения. Указанный технический результат достигается тем, что трансформаторная часть агрегата выполнена с первичной обмоткой, присоединенной к трехфазной сети, и со вторичной z-фазной стержневой обмоткой, расположенной в z пазах магнитопровода трансформатора, замкнутой с одной стороны короткозамыкающим (КЗ) кольцом, а с другой - соединенной с Z стержнями обмотки статора. Двигательная часть агрегата содержит асинхронный двигатель с дисковым КЗ-ротором, расположенным между двумя дисковыми статорами со стержневыми обмотками, электрически соединенными со вторичной стержневой обмоткой трансформатора, а с другой стороны замкнутыми КЗ-кольцами. Стержни вторичной обмотки трансформатора соединены с Z стержнями обмоток статора стержнями-гермовводами, расположенными в герметичной перегородке. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области специальных электрических машин, а именно к конструкции электрических асинхронных герметизированных двигателей, используемых в промышленных установках для работы в химически агрессивных, радиационных и взрывоопасных газообразных и жидких средах, при высоких давлениях и температуре.

Известны асинхронные двигатели для привода устройств, работающих в герметичных объектах или агрессивных средах, со статором, вынесенным за пределы объекта (среды), в котором вращается ротор, и отделенным от ротора герметичной перегородкой-экраном [1, с.26, рис.5]. Электродвигатель [1] содержит установленные в корпусе статор и ротор, расположенные в полостях, разделенных герметичной перегородкой. Герметичная перегородка-экран выполнена в виде сплошной, тонкостенной цилиндрической гильзы, расположенной между статором и ротором.

Недостатками таких двигателей являются низкие энергетические характеристики из-за увеличенного на толщину гильзы зазора между статором и ротором. Кроме этого, часть энергии электромагнитного поля не передается в ротор, а выделяется в виде тепла от действия вихревых токов, наводимых в экране при пересечении его основным магнитным потоком. Другими недостатками являются сложные системы разгрузки тонкостенной гильзы от аксиально-радиальных усилий в герметичном объекте и трудности отвода тепла с ротора, находящегося в герметичной полости и охваченного основным источником тепловыделения.

Известны также асинхронные двигатели для привода устройств, работающих в герметичных объектах или агрессивных средах [2]. Электродвигатель для герметичных объектов, описанный в [2] и принятый в качестве прототипа, представляет собой, как сказано в описании, двигательно-трансформаторный агрегат, включающий электродвигательное и трансформаторное устройства. Агрегат содержит двигатель со статором и ротором, расположенными внутри герметичного объекта, отделенного от трансформатора перегородкой, и трансформатор-преобразователь напряжения и числа фаз с вращающимся магнитным полем, выполненный с первичной обмоткой, присоединенной к трехфазной сети, и вторичной z-фазной стержневой обмоткой, расположенной в z пазах магнитопровода трансформатора, замкнутой с одной стороны короткозамыкающим кольцом, а с другой соединенной с Z стержнями обмотки статора.

В случае необходимости обеспечения малых осевых размеров конструкция двигательной части агрегата в [2] может быть выполнена в торцевом исполнении. В этом случае сердечники статора и ротора выполняются в виде магнитопроводящих дисков (например, из витой электротехнической стали) с радиальными пазами под проводники обмоток.

Недостатком прототипа [2] при выполнении двигательной части агрегата в торцевом исполнении является существование значительных сил одностороннего электромагнитного тяжения между дисковыми статором и ротором, что усложняет конструкцию подшипникового узла, увеличивает уровень шума и величину вибраций, а также снижает надежность работы, как двигателя, так и агрегата в целом. Кроме этого, выполнение двигательной части агрегата в торцевом исполнении хотя и уменьшает осевые размеры конструкции, но одновременно повышает момент инерции ротора, что приводит к ухудшению быстродействия двигателя в переходных режимах работы.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения и повышение энергетических характеристик и надежности двигательно-трансформаторного агрегата.

Поставленная задача решается за счет того, что двигательно-трансформаторный агрегат, включающий электродвигательное и трансформаторное устройства, содержит двигатель со статором и ротором, расположенными внутри герметичного объекта, отделенного от трансформатора перегородкой, и трансформатор-преобразователь напряжения и числа фаз с вращающимся магнитным полем. Трансформаторная часть агрегата выполнена с первичной катушечной распределенной обмоткой, присоединенной к трехфазной сети, и вторичной z-фазной стержневой обмоткой, расположенной в z пазах магнитопровода трансформатора, замкнутой с одной стороны короткозамыкающим кольцом, а с другой стороны электрически соединенной с Z стержнями обмотки статора.

В отличие от известного технического решения статор двигательной части агрегата выполнен в виде двух идентичных дисков с пазово-зубцовыми зонами, обращенными к дисковому ротору. Диски статора содержат по Z/2 равномерно распределенных по окружности радиальных пазов, сдвинутых относительно пазов другого диска на половину зубцового деления, в которых расположены стержневые обмотки статора. Стержневые обмотки каждого статора с одной стороны замкнуты двумя короткозамыкающими кольцами, а с другой стороны - электрически соединены со вторичной стержневой обмоткой трансформатора через электрические стержни-гермовводы, герметично установленные в перегородке.

Ротор выполнен с короткозамкнутой обмоткой, содержащей равномерно распределенные по окружности электропроводные стержни гексагонального поперечного сечения, по высоте равные толщине ротора, электрически замкнутые по концам наружным и внутренним короткозамыкающими кольцами. Между стержнями расположены вставки-зубцы, выполненные из прессованного ферромагнитного композиционного материала, расширяющиеся к рабочим поверхностям ротора. Стержни и зубцы ротора выполнены со скосом относительно стержней и зубцов статора. Зубцы ротора аксиально намагничены, образуя чередующиеся полюса, с числом, равным числу полюсов статора.

Выполнение двигательно-трансформаторного агрегата в соответствии с вышеназванными основными признаками расширяет возможные области применения, а также повышает энергетические характеристики и надежность за счет компенсации сил электромагнитного тяжения в двухстаторной дисковой конструкции двигательной части агрегата. Кроме этого, конструкция дискового ротора с зубцами без ярма существенно уменьшает момент инерции ротора, повышая быстродействие двигателя в переходных режимах работы.

Признаки, касающиеся выполнения короткозамкнутой обмотки ротора со стержнями гексагонального поперечного сечения, по высоте равные толщине ротора, между которыми расположены вставки-зубцы, расширяющиеся к рабочим поверхностям ротора, выполненные из прессованного ферромагнитного композиционного материала, а также признаки выполнения стержней и зубцов ротора со скосом относительно стержней и зубцов статора и аксиального намагничивания зубцов ротора с образованием чередующихся полюсов, с числом, равным числу полюсов статора, развивают общие признаки и поэтому являются частными.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез двигательно-трансформаторного агрегата. На фиг.2 - поперечный ступенчатый разрез по А-А двигательной части агрегата. На фиг.3 - развернутый кольцевой разрез Б-Б по осям стержней-гермовводов. На фиг.4 - развернутый кольцевой разрез В-В двигательно-трансформаторного агрегата.

Двигательно-трансформаторный агрегат содержит трансформаторное устройство 1 и электродвигательное устройство 2. Трансформаторная часть 1 агрегата выполнена с первичной распределенной обмоткой 3, присоединенной к трехфазной сети переменного тока, и вторичной z-фазной стержневой обмоткой 4, расположенной в z пазах 5 магнитопровода 6 трансформатора 1, Стержни 4 вторичной обмотки трансформатора 1 замкнуты с одной стороны короткозамыкающим 5 кольцом 7, а с другой стороны электрически соединены с Z стержнями-гермовводами 8 и 9, расположенными в герметичной перегородке 10. Двигательная часть агрегата 2 размещена внутри герметичного объекта, отделенного от трансформаторной части герметичной перегородкой 10, и представляет собой асинхронный двигатель, выполненный с дисковым короткозамкнутым ротором 11, расположенным между двумя идентичными дисковыми статорами 12 и 13, пазово-зубцовые зоны которых обращены к ротору. Стержни обмоток 14 и 15, расположенные в пазах, соответственно статоров 12 и 13, с одной стороны соединены короткозамыкающими кольцами 16 и 17, а с другой стороны - со стержнями-гермовводами 8 и 9 соответственно. Стержни-гермовводы 8 короче стержней 9 и чередуются с ними.

Дисковый ротор 11 содержит короткозамкнутую обмотку, содержащую наружное 18 и внутреннее 19 короткозамыкающие кольца. Кольца электрически соединены с электропроводными стержнями 20 гексоганального поперечного сечения, равномерно распределенными по окружности, образуя короткозамкнутую обмотку ротора. Между стержнями 20 расположены вставки-зубцы 21, по высоте равные толщине ротора 11. Вставки-зубцы 21, выполненные из прессованного композиционного ферромагнитного материала, примыкают к боковым поверхностям гексоганальных стержней 20, расширяясь в направлении рабочих поверхностей дискового ротора 11.

Перегородка 10 может быть частью фланца корпуса электродвигателя, герметично закрывающего люк в корпусе герметичного объекта (на чертежах не показан), либо может быть частью корпуса герметичного объекта.

Для улучшения распределения магнитного поля в рабочих зазорах между статорами и ротором стержни и зубцы ротора могут быть выполнены со скосом относительно стержней и зубцов статора (на чертежах не показано).

Для повышения коэффициента мощности двигательно-трансформаторного агрегата зубцы 21 ротора 11 аксиально намагничены, образуя чередующиеся полюса, с числом, равным числу полюсов статора.

Двигательно-трансформаторный агрегат (ДТА) работает следующим образом.

При подключении первичной трехфазной распределенной обмотки 3 трансформатора 1 с р парами полюсов к трехфазной сети с частотой f возникают синусоидальные токи, которые создают вращающееся магнитное поле с частотой вращения n1=60f/p. Это поле, пересекая стержни 4 вторичной Z-фазной обмотки трансформатора (Z - число стержней), наводят в них электродвижущие силы (ЭДС).

В Z-фазной стержневой обмотке 4 трансформатора 1, электрически соединенной через стержни-гермовводы 8 и 9 с двумя стержневыми обмотками 14 и 15 статоров 12 и 13, протекают синусоидальные токи, создавая вращающееся магнитное поле с той же частотой, что и поле трансформатора. Это поле, проходя через два рабочих зазора, наводит в короткозамкнутых стержнях 21 ротора 11 ЭДС, которые вызывают протекание в стержнях токов, тем самым создавая электромагнитный момент, который приводит ротор во вращение, аналогично обычному асинхронному двигателю с КЗ-ротором.

Вышеописанная конструкция ДТА, по существу, представляет агрегат из двух электрических машин, электрически соединенных и магнито-разъединенных (разновидность машинно-трансформаторных агрегатов, рассмотренных в [3]). Одна электрическая машина (в левой части от перегородки 10) является понижающим трансформатором 1 с вращающимся магнитным полем и преобразователем числа фаз из m1=3 для трехфазной распределенной обмотки статора 3, подключенной к трехфазной сети, в число фаз m2=Z для вторичной стрежневой обмотки 4 трансформатора, состоящей из Z стержней 4. При этом вторичная обмотка трансформатора с короткозамыкающим кольцом 7 образует Z-фазную лучевую звезду. Вторая электрическая машина (в правой части от перегородки 10) представляет собой асинхронный двигатель с дисковым короткозамкнутым ротором 11, расположенным между двумя идентичными дисковыми статорами 12 и 13, пазово-зубцовые зоны которых обращены к ротору. Стержневые Z/2 фазные обмотки возбуждения 14 и 15 статоров 12 и 13 электрически соединены со вторичной стержневой Z-фазной обмоткой 4 трансформатора через Z стержней-гермовводов 8 и 9, расположенных в герметичной перегородке 10, разделяющей трансформаторную 1 и двигательную 2 части агрегата.

Двигательная часть ДТА выполнена с низковольтными стержневыми обмотками статоров 12 и 13 без изоляционного покрытия стержней 14 и 15 (аналогично короткозамкнутой обмотке ротора обычного асинхронного двигателя). Это дает возможность повысить до единицы коэффициент заполнения пазов проводниковым материалом и сократить до минимума длину лобовых частей обмоток, тем самым увеличить энергетические показатели в двигательной части агрегата. Фазное напряжение, подаваемое на стержневые обмотки 14 и 15 статоров 12 и 13 не превышает 2-3 вольта. Такая конструкция двигателя позволяет использовать его во взрыво- и пожароопасных средах, а также при высоких температурах окружающей среды (до 500-600°С) и сильном радиационном излучении (например, в электроприводе механизмов в зоне реактора атомных электростанций).

Выполнение в конструкции двигателя дискового ротора с зубцами без ярма, расположенного между двумя дисковыми статорами, позволяет скомпенсировать силы электромагнитного тяжения между ротором и двумя статорами, а также существенно уменьшить момент инерции ротора, повысив быстродействие двигателя.

Взаимный скос пазов на статорах и роторе позволяет, как и в обычных асинхронных двигателях, улучшить распределение магнитного поля в рабочих зазорах и, тем самым, улучшить энергетические показатели двигателя и уменьшить уровень шума и вибраций.

Гексагональное сечение стержней короткозамкнутой обмотки дискового ротора и выполнение ферромагнитных вставок-зубцов, примыкающих к боковым поверхностям стержней, с расширением в направлении рабочих поверхностей дискового ротора приводит к уменьшению раскрытия пазов на поверхности ротора и, тем самым, к улучшению распределения магнитного поля в рабочих зазорах. Это также уменьшает уровень шума и вибраций, снижает ток намагничивания (ток холостого хода) и повышает энергетические характеристики двигателя. С другой стороны, такая конструкция ротора обеспечивает жесткую фиксацию прессованных ферромагнитных зубцов в теле дискового ротора.

Аксиальное намагничивание зубцов ротора с образованием чередующихся полюсов, с числом, равным числу полюсов статора, вызывает компенсацию размагничивающего действия короткозамкнутой обмотки ротора, уменьшение реактивной составляющей токов в роторе и статоре и, тем самым, повышение коэффициента мощности как асинхронного двигателя, так и двигательно-трансформаторного агрегата в целом.

Источники информации

1. Вишневский Н.Е., Глуханов Н.П., Ковалев И.С. Машины и аппараты с герметичным электроприводом. Л.: Машиностроение, 1977.

2. Забора И.Г., Вильданов К.Я. и др. Электродвигатель для герметичных объектов. Патент РФ №2173926. Опубл. 20.09.2001. Бюл. №26.

3. Свечарник Д.В., Забора И.Г. Машинно-трансформаторный агрегат //Электротехника. 1998. №9. С.1-8.

1. Двигательно-трансформаторный агрегат, включающий электродвигательное и трансформаторное устройства, содержащий двигатель со статором и ротором, расположенными внутри герметичного объекта, отделенного от трансформатора перегородкой, и трансформатор-преобразователь напряжения и числа фаз с вращающимся магнитным полем, выполненный с первичной обмоткой, присоединенной к трехфазной сети, и вторичной z-фазной стержневой обмоткой, расположенной в z пазах магнитопровода трансформатора, замкнутой с одной стороны короткозамыкающим кольцом, а с другой соединенной с Z стержнями обмотки статора, отличающийся тем, что статор выполнен в виде двух идентичных дисков с пазово-зубцовыми зонами, обращенными к дисковому ротору, диски статора содержат по Z/2 равномерно распределенных по окружности радиальных пазов, сдвинутых относительно пазов другого диска на половину зубцового деления, в которых расположены стержневые обмотки статора, с одной стороны замкнутые двумя короткозамыкающими кольцами, а с другой стороны - соединенные со вторичной стержневой обмоткой трансформатора через электрические стержни-гермовводы, герметично установленные в перегородке.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен с короткозамкнутой обмоткой, содержащей равномерно распределенные по окружности электропроводные стержни гексагонального поперечного сечения, по высоте равные толщине ротора, электрически замкнутые по концам наружным и внутренним короткозамыкающими кольцами, между стержнями расположены вставки-зубцы, расширяющиеся к рабочим поверхностям ротора, выполненные из прессованного ферромагнитного композиционного материала.

3. Агрегат по п.2, отличающийся тем, что стержни и зубцы ротора выполнены со скосом относительно стержней и зубцов статора.

4. Агрегат по п.2, отличающийся тем, что зубцы ротора аксиально намагничены, образуя чередующиеся полюса с числом, равным числу полюсов статора.

www.findpatent.ru

Трансформаторы и асинхронные двигатели - реферат, курсовая работа, диплом. Скачать бесплатно.

3

Устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Устройство - сердечник, кот делается наборный из листков стали. На стержне сердечника помещаются обмотка, кот выполн из медного, алюминиевого проводников. Обмотка, присоединённая к источнику питания - первичная; обмотка, к которой подключён приёмник, и относящиеся к ней величины - вторичными. Различ обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). Аа - начало обмоток, Хх - концы. Принцип работы. При подключении первичной обмотки трансформатора к источнику переменного тока, по этой обмотке потечёт электрич ток, под действием приложенного напряжения. Этот ток создаст магнитное поле, кот будет замыкаться по сердечнику трансформатора. Т.к. это поле переменное, то в соответствии с законом магнитной индукции оно наведёт на первичн и вторичн обмотках электродвижущие силы. ЭДС, наводимая в первичн обмотке - ЭДС самоиндукции (Е1). ЭДС со вторичной обмотки - ЭДС взаимной индукции (Е2). Е1=W1, Е2=W2. При этом величина ЭДС пропорциональна кол-ву витков обмоток. Отношение ЭДС Е1/Е2=W1/W2=К - коэффиц трансформации трансформатора. В зависимости от величины К трансформаторы бывают повыш (<1), пониж (>1). Для определ К делают опыт холостого хода.

Коэффициент трансформации трансформатора

Отношение ЭДС Е1/Е2=W1/W2=К - коэффиц трансформации трансформатора. ЭДС, наводимая в первичн обмотке - ЭДС самоиндукции (Е1). ЭДС со вторичной обмотки - ЭДС взаимной индукции (Е2). Е1=W1, Е2=W2. При этом величина ЭДС пропорциональна кол-ву витков обмоток. В зависимости от величины К трансформаторы бывают повыш (<1), пониж (>1). Для определ К делают опыт холостого хода.

Как обозначаются зажимы обмотки однофазного и трёхфазного трансформаторов

Обмотка, присоединённая к источнику питания - первичная; обмотка, к которой подключён приёмник, и относящиеся к ней величины - вторичными. Различ обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). Аа - начало обмоток, Хх - концы.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Не требует спец обслуживания. Устройство. Сост из статора, кот сост из корпуса статора, внутри кот устанавлив сердечник, кот набирается из тонких листов электролитич стали, т.е. делается шифтованным. В сердечнике статора имеются пазы, в кот вкладыв обмотка статора. Обмотка делаетсся 3-х фазной, т.е. имеются 3 самост обмотки, сдвинут в пространстве на 180°. С1;С2;С3; - начало обмоток. С4;С5;С6 - концы обмоток. Фазные обмотки соединяются между собой звездой или треугольником и подключ к трёхфазной сети. Ротор - вращающ часть. Сост из вала. На валу устанавлив сердечник ротора из электротехнич стали. В сердечнике имеются пазы, в кот закладыв обмотка ротора. Асинхрон двигат бывают с короткозамкнутым и с фазовым ротором. В двигателях с короткозамкнутым ротором обмотка ротора выполн в виде стержней, кот помещ в пазы ротора. Эти стержни по торцам замыкаются короткозамыкающ кольцами, т.е. обмотка всё время замкнута. Путём заливки каждого паза ротора алюминием или его сплавом. Короткозамкнут кольца и вентеляцион лопатки. Если обмотка ротора выполн аналог обмотке статора, т.е. из медного изолирован провода, всыпают туда проводники, и концы этой обмотки выводится на 3 кольца, кот помещают на валу ротора - двигатель с фазным ротором. Эти 3 контактных кольца изолир друг от друга и от гл ротора. На кольцо помещ щётки, через кот обмотка ротора соедин с внещн электрич цепью. Это делается, чтобы двигатель при пуске развивал большой момент - различн дробилки, крановские установки. Принцип работы. При подключен обмотки статора к 3-х фазному перемен напряжен по этой обмотке потечёт эл ток, кот создаст вращающ перемен магнитн поле. n1= f - чистота тока, p - число пар полюсов обмотки статора двигателя.

Какие существуют соединения обмоток статора

Обмотка делаетсся 3-х фазной, т.е. имеются 3 самост обмотки, сдвинут в пространстве на 180°. С1;С2;С3; - начало обмоток. С4;С5;С6 - концы обмоток. Фазные обмотки соединяются между собой звездой или треугольником и подключ к трёхфазной сети.

Устройство магнитных пускателей

Комплектное устройство управления, сост из одного или нескольких электромагнитн контакторов, тепловых реле и кнопок управления (пуск, стоп), (подвижные и вспомогательные контакты в цепи оперативного тока).

referatwork.ru

Трансформаторы и асинхронные двигатели

Устройство и принцип действия однофазного трансформатора Устройство – сердечник, кот делается наборный из листков стали. На стержне сердечника помещаются обмотка, кот выполн из медного, алюминиевого проводников. Обмотка, присоединённая к источнику питания – первичная; обмотка, к которой подключён приёмник, и относящиеся к ней величины – вторичными. Различ обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). Аа – начало обмоток, Хх – концы. Принцип работы. При подключении первичной обмотки трансформатора к источнику переменного тока, по этой обмотке потечёт электрич ток, под действием приложенного напряжения. Этот ток создаст магнитное поле, кот будет замыкаться по сердечнику трансформатора. Т.к. это поле переменное, то в соответствии с законом магнитной индукции оно наведёт на первичн и вторичн обмотках электродвижущие силы. ЭДС, наводимая в первичн обмотке – ЭДС самоиндукции (Е1). ЭДС со вторичной обмотки – ЭДС взаимной индукции (Е2). Е1=W1, Е2=W2. При этом величина ЭДС пропорциональна кол-ву витков обмоток. Отношение ЭДС Е1/Е2=W1/W2=К – коэффиц трансформации трансформатора. В зависимости от величины К трансформаторы бывают повыш (1). Для определ К делают опыт холостого хода. Коэффициент трансформации трансформатора Отношение ЭДС Е1/Е2=W1/W2=К – коэффиц трансформации трансформатора. ЭДС, наводимая в первичн обмотке – ЭДС самоиндукции (Е1). ЭДС со вторичной обмотки – ЭДС взаимной индукции (Е2). Е1=W1, Е2=W2. При этом величина ЭДС пропорциональна кол-ву витков обмоток. В зависимости от величины К трансформаторы бывают повыш (1). Для определ К делают опыт холостого хода. Как обозначаются зажимы обмотки однофазного и трёхфазного трансформаторов Обмотка, присоединённая к источнику питания – первичная; обмотка, к которой подключён приёмник, и относящиеся к ней величины – вторичными. Различ обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). Аа – начало обмоток, Хх – концы. Устройство и принцип работы асинхронного двигателя Не требует спец обслуживания. Устройство. Сост из статора, кот сост из корпуса статора, внутри кот устанавлив сердечник, кот набирается из тонких листов электролитич стали, т.е. делается шифтованным. В сердечнике статора имеются пазы, в кот вкладыв обмотка статора. Обмотка делаетсся 3-х фазной, т.е. имеются 3 самост обмотки, сдвинут в пространстве на 180°. С1;С2;С3; - начало обмоток. С4;С5;С6 – концы обмоток. Фазные обмотки соединяются между собой звездой или треугольником и подключ к трёхфазной сети. Ротор – вращающ часть. Сост из вала. На валу устанавлив сердечник ротора из электротехнич стали. В сердечнике имеются пазы, в кот закладыв обмотка ротора. Асинхрон двигат бывают с короткозамкнутым и с фазовым ротором. В двигателях с короткозамкнутым ротором обмотка ротора выполн в виде стержней, кот помещ в пазы ротора. Эти стержни по торцам замыкаются короткозамыкающ кольцами, т.е. обмотка всё время замкнута. Путём заливки каждого паза ротора алюминием или его сплавом. Короткозамкнут кольца и вентеляцион лопатки. Если обмотка ротора выполн аналог обмотке статора, т.е. из медного изолирован провода, всыпают туда проводники, и концы этой обмотки выводится на 3 кольца, кот помещают на валу ротора – двигатель с фазным ротором. Эти 3 контактных кольца изолир друг от друга и от гл ротора. На кольцо помещ щётки, через кот обмотка ротора соедин с внещн электрич цепью. Это делается, чтобы двигатель при пуске развивал большой момент – различн дробилки, крановские установки. Принцип работы. При подключен обмотки статора к 3-х фазному перемен напряжен по этой обмотке потечёт эл ток, кот создаст вращающ перемен магнитн поле. n1=  QUOTE   f – чистота тока, p – число пар полюсов обмотки статора двигателя. Какие существуют соединения обмоток статора Обмотка делаетсся 3-х фазной, т.е. имеются 3 самост обмотки, сдвинут в пространстве на 180°. С1;С2;С3; - начало обмоток. С4;С5;С6 – концы обмоток. Фазные обмотки соединяются между собой звездой или треугольником и подключ к трёхфазной сети. Устройство магнитных пускателей Комплектное устройство управления, сост из одного или нескольких электромагнитн контакторов, тепловых реле и кнопок управления (пуск, стоп), (подвижные и вспомогательные контакты в цепи оперативного тока).

www.coolreferat.com

13.1. Сельсины

       Сельсином называется информационная электрическая машина переменного тока, вырабатывающая напряжения, амплитуды и фазы которых определяются угловым положением ротора.        Сельсины позволяют осуществить без общего механического вала согласованное вращение или поворот механизмов.        Известны два режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный. При работе сельсинов в индикаторном режиме происходит передача на расстояние угла поворота механической системы.        При работе сельсинов в трансформаторном режиме передается сигнал, воздействующий на исполнительный механизм таким образом, чтобы заставить его отработать заданный поворот.        Рассмотрим устройство и принцип действия однофазных двухполюсных контактных сельсинов. Однофазная обмотка возбуждения, включенная в сеть переменного тока, расположена на явнополюсном статоре. На роторе размещены три пространственно смещенные относительно друг друга под углом 120o катушки синхронизации. Концы катушек соединены в общий узел, начала катушек выведены на контактные кольца. Обмотка возбуждения создает пульсирующий магнитный поток. Этот поток индуктирует трансформаторные ЭДС в катушках синхронизации. Наибольшая ЭДС индуктируется в катушке, ось которой совпадает с осью пульсирующего потока. При отклонении оси катушки ЭДС уменьшается по синусоидальному закону. Величина и фаза ЭДС в каждой катушке зависит от угла поворота ротора сельсина.

Рис. 13.1

     На рис. 13.1 приведена схема соединения однофазных сельсинов при индикаторном режиме работы.      В схеме используются сельсин - датчик и сельсин - приемник, представляющие собой два совершенно одинаковых сельсина.      ОВд и ОВп - обмотки возбуждения сельсина - датчика и сельсина - приемника.      Сд и Сп - катушки синхронизации.
      Если роторы обоих сельсинов ориентированны одинаковым образом относительно обмоток возбуждения, то в каждой паре катушек индуктируются одинаковые ЭДС. Катушки роторов обоих сельсинов соединены таким образом, что ЭДС в них направлены встречно друг другу, и ток в соединительных проводах отсутствует. Такое положение сельсинов называется согласованным.      Если повернуть ротор сельсина - датчика на угол θ , то в соответствующих катушках роторов наводятся различные по величине ЭДС, и в них возникают токи, которые, взаимодействуя с магнитными полями обмоток возбуждения, создают вращающие моменты. Ротор датчика удерживается в повернутом положении, следовательно, ротор приемника будет поворачиваться до тех пор, пока не исчезнет вращающий момент, т.е. пока не исчезнут токи в катушках сельсина, а это произойдет, когда ротор сельсина - приемника повернется на тот же угол θ , возникнет новое согласованное положение роторов сельсина - датчика и сельсина - приемника. На роторе сельсина - приемника устанавливаются стрелка и шкала, показывающие угол поворота сельсина - датчика.      Если необходимо осуществить дистанционную передачу угла поворота к механизму, требующему большого вращающего момента, то используется схема трансформаторного режима работы сельсинов (рис. 13.2).

Рис. 13.2

     Обмотка возбуждения сельсина - датчика подключается к источнику однофазного тока. Катушки синхронизации датчика соединены с катушками синхронизации приемника, который работает как сельсин - трансформатор. Катушки синхронизации СП являются первичной обмоткой, а статорная обмотка ОВП - вторичной (выходной) обмоткой. Она через усилитель у cоединяется с исполнительным двигателем. Исполнительный двигатель через редуктор связан с валом сельсина - приемника.      Обмотка возбуждения датчика образует пульсирующий по горизонтали магнитный поток. В катушках СД индуктируются ЭДС, которые создают токи в роторных катушках датчика и приемника. Каждая катушка синхронизации сельсина - приемника создает свой магнитный поток, а результирующий магнитный поток имеет такое же направление, как и поток в сельсине - датчике.      В обмотке возбуждения сельсина - премника индуктируется ЭДС, величина и фаза которой зависят от угла и направления результирующего потока обмотки синхронизации приемника. Ось обмотки возбуждения приемника сдвинута на 90o относительно оси обмотки возбуждения датчика, поэтому, когда магнитный поток направлен горизонтально, в обмотке приемника ОВП не возникает никакой ЭДС. Это согласованное положение в трансформаторном режиме.      Если ротор сельсина - датчика повернуть на угол θ , то результирующий магнитный поток в роторе сельсина - приемника повернется тоже на угол θ , а на зажимах обмотки ОВП появится напряжение, зависящее от угла θ . Это напряжение подается на вход усилителя, а затем на исполнительный двигатель. Двигатель вращается, поворачивая обмотки управления. Вал ротора сельсина - приемника через редуктор связан с валом объекта управления. Когда вал объекта управления повернется на нужный угол, одновременно с ним повернется на угол θ вал сельсина - приемника. Возникнет новый согласованный режим, и движение прекращается.      Исполнительный механизм и сельсин - датчик не нуждаются в механической связи и могут находиться на большом расстоянии друг от друга.      Электрические системы дистанционной передачи угла поворота или вращения механизмов используются в радиолокаторах, в радиопеленгаторах и другой специальной технике.

13.2. Поворотные трансформаторы. Индуктосины. Редуктосины

      Поворотным, или вращающимся, трансформатором называется информационная электрическая машина, амплитуда выходного напряжения которой является функцией входного напряжения и углового положения ротора.      Поворотные трансформаторы конструктивно сходны с асинхронными машинами с фазным ротором и контактными кольцами. К ним обычно подводится питание со стороны статора от источника переменного напряжения. На обмотке ротора (на выходе) получают напряжение, представляющее собой определенную функцию угла поворота ротора α. Обычно требуется, чтобы это напряжение было пропорционально sin α, cos α. В соответствии с этим, различают синусные, косинусные и синус - косинусные трансформаторы.      На рис. 13.3 представлена принципиальная схема поворотного трансформатора с двумя взаимно-перпендикулярными обмотками на статоре и на роторе.

Рис. 13.3

     Назовем оси обмоток статора S и K соответственно продольной d и поперечной q осями поворотного трансформатора. Статорную обмотку S подключим к источнику переменного напряжения. Обмотка создает продольное пульсирующее магнитное поле, которое будет индуктировать в роторных обмотках А и В ЭДС. Значения электродвижущих сил зависят от угла поворота ротора α.       При синусоидальном распределении поля вдоль окружности ротора напряжение на обмотке А будет меняться при повороте ротора пропорционально sin α, а напряжение на обмотке В - пропорционально cos α. При использовании обеих обмоток ротора получим синус-косинусный поворотный трансформатор.      Токи в роторных обмотках создают продольную составляющую магнитного потока, направленную встречно магнитному потоку статорной обмотки S, и поперечную составляющую потока, направленную перпендикулярно магнитному полю обмотки S. Вследствие появления поперечной составляющей, нарушится синусоидальный и косинусоидальный законы изменения ЭДС от угла поворота ротора α.      Для компенсации полученной составляющей магнитного поля роторных обмоток на статоре размещается компенсационная обмотка К, замкнутая накоротко, под углом 90o к обмотке S.      Эта обмотка создает магнитный поток, направленный встречно поперечной составляющей магнитного потока ротора, и ослабляет ее. В результате, погрешность поворотного трансформатора уменьшается.       Индукционный редуктосин представляет собой бесконтактный синус-косинусный поворотный трансформатор. Первичная и две вторичные обмотки размещены на статоре. Ротор выполнен в виде зубчатого кольца из электротехнической стали.      Редуктосины не имеют скользящих контактов, что повышает надежность и точность их работы. При питании первичной обмотки синусоидальным напряжением со вторичных обмоток снимают два напряжения, амплитуды которых изменяются в функции угла поворота ротора. Повороту ротора на угол, равный зубцовому делению, соответствует полный период изменения амплитуды выходного напряжения (зубцовым делением ротора называется расстояние между зубцами ротора).       Индуктосином называют бесконтактную информационную машину без магнитопровода с печатными первичной и вторичной обмотками, возбуждаемую однофазным напряжением. Выходное напряжение индуктосина является функцией углового положения ротора.      Конструктивно индуктосин представляет собой два диска (ротор и статор) из изоляционного материала (керамика, стекло). Один из дисков соединяется с валом, угловое положение которого подлежит изменению, второй неподвижен. На торцевых поверхностях, обращенных друг к другу, диски несут печатные обмотки.      Поворотные трансформаторы используются в электрических счетно-решающих системах, в следящих системах в качестве датчиков угла, в преобразователях "угол-код", в системах числового и программного управления металлорежущими станками.

13.3. Тахогенераторы

     Тахогенератором называется информационная электрическая машина, предназначенная для выработки электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения ротора. Тахогенераторы могут быть постоянного и переменного тока. Тахогенераторы постоянного тока представляют собой маломощные генераторы постоянного тока с независимым возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов. Выходное напряжение тахогенератора пропорционально частоте вращения ротора.      Асинхронный тахогенератор по конструктивному исполнению подобен асинхронному двигателю с полым немагнитным ротором. Он состоит из статора и неподвижного сердечника ротора, между которыми, в воздушном зазоре вращается тонкий полый немагнитный цилиндр. Принципиальная схема асинхронного тахогенератора показана на рис. 13.4.

Рис. 13.4

     На статоре генератора размещены две обмотки, пространственно смещенные относительно друг друга на 90o. Одна из них, обмотка возбуждения B, подключена к источнику синусоидального напряжения, другая обмотка, являющаяся генератором Г, включается на измерительный прибор или на измерительную схему.      Обмотка возбуждения создает пульсирующий магнитный поток Фв.
     При неподвижном роторе ЭДС в генераторной обмотке равна нулю, так как вектор магнитного потока Фв перпендикулярен оси этой обмотки.      При вращении цилиндра пульсирующий магнитный поток индуктирует в нем ЭДС вращения. Под действием ЭДС в цилиндре появляются токи, направления которых указаны на рис. 13.4. Токи создают по оси генераторной обмотки пульсирующий поперечный поток Фп. Этот поток индуктирует в генераторной обмотке ЭДС, пропорциональную частоте вращения цилиндра.      Асинхронные тахогенераторы, как и тахогенераторы постоянного тока, используются для измерения скорости вращения валов, а также для вырабатывания ускоряющих или замедляющих сигналов в автоматических устройствах.

13.4. Шаговые электродвигатели

     Шаговым электродвигателем называется вращающийся электродвигатель с дискретными угловыми перемещениями ротора, осуществляемыми за счет импульсов сигнала управления.      Шаговые, или импульсные, электродвигатели преобразуют электрические импульсы в фиксированные угловые перемещения - "шаги".      Шаговые двигатели находят применение в различных механизмах, рабочие органы которых должны перемещаться дискретно. К таким механизмам относятся киносъемочная и проекционная аппаратура, механизмы подачи различных станков, устройства перемещения валков прокатных станов и др.      Шаговые электродвигатели с активным ротором имеют ротор, выполненный из постоянных магнитов (рис. 13.5). Статор имеет выступающие полюсы с сосредоточенной обмоткой в виде катушек на каждом полюсе. Питание статорных катушек производится импульсами напряжения, поступающими с электронного коммутатора.

Рис. 13.5

     Пусть в начальный момент времени подано напряжение на обмотки полюсов 2 - 2. Образуется статорное магнитное поле с горизонтально расположенными полюсами N - S. В результате взаимодействия этого поля с постоянными магнитами ротора последний займет указанное на рис. 13.5а положение, при котором оси магнитных полей статора и ротора совпадают. Далее, с помощью коммутатора напряжение снято с обмоток 2 - 2 и подано на обмотки полюсов 1 - 1. Образуется магнитное поле статора с вертикально расположенными полюсами.      Отключение катушек 2 - 2 и подключение катушек 1 - 1 вызовет скачкообразный поворот магнитного поля статора на 90o. Ротор также повернется на 90o вслед за магнитным полем статора. Ротор шагового двигателя занимает определенное фиксированное положение, соответствующее наибольшей магнитной проводимости относительно возбужденных статорных полюсов. Если отклонить ротор от этого равновесного положения на некоторый угол, то магнитная проводимость для потока уменьшится, силовые линии магнитного поля деформируются, и возникнет синхронизирующий момент, возвращающий ротор в прежнее положение.      На статоре шагового реактивного двигателя имеются явно выраженные полюсы с обмоткой возбуждения. Ротор его представляет собой зубчатое колесо без обмотки возбуждения. Катушки статора двигателя получают поочередно импульсы тока, образуя магнитное поле, бегущее определенными скачками по окружности статора. Явнополюсный ротор двигателя синхронно следует за этим полем статора соответствующими дискретными шагами, равными углу αш, где αш - величина шага ротора двигателя.

где   2P - число явных полюсов ротора, равное числу роторных зубцов;         m - число обмоток управления на статоре.

nwpi-fsap.narod.ru

3.3.3. Электродвигатели, электрогенераторы, трансформаторы

50

Открытия и исследования Д. Араго, Г. Эрстеда, А. Ампера, Г. Ома, М. Фарадея и других изобретателей и ученых послужили толчком для изобретательской фантазии инженеров, которые стали называться электриками. Важнейшим этапом в развитии электроэнергетики явилось изобретение и применение электрических машин.

В технике основными устройствами, использующими явление электромагнитной индукции, являются генераторы электрического тока, электродвигатели и трансформаторы. Рассмотрим их основное современное устройство и назначение, чтобы затем проследить исторические вехи разработки этих устройств и указать их авторов.

Генератор. Состоит изстатора иротора. Массивный неподвижныйстатор представляет собой полый стальной цилиндр, на внутренние стенки которого уложено большое число витков металлического провода, покрытого изоляцией и ведущего электричество во внешнюю электрическую цепь к потребителю.

Ротор представляет собой цилиндр с пазами для проводов, являющийся большим подвижным электромагнитом, установленным внутри статора.

Под действием паровой турбины, гидротурбины, паровой машины или другого двигателя ротор начинает вращаться, а в проводах статора, благодаря электромагнитной индукции, возникает электрический ток.

Электродвигатель. В электродвигателях происходит другое явление: электрический ток, протекая через провода статора, заставляет ротор вращаться. С помощью механических приспособлений движение ротора можно передать ленте трансмиссии, станку, эскалатору метро и другим механизмам.

Трансформатор. Состоит из магнитного сердечника и двух или более катушек, которые имеют разное число витков. Если подвести переменный электрический ток к катушке с большим числом витков

– ток большего напряжения, то со стороны катушки с меньшим числом витков можно снять больший ток, но меньшего напряжения.

Создание электрических генераторов, электродвигателей, трансформаторов требовало изучения свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.

51

Первыми в этом направлении были работы профессора Московского Университета Александра Григорьевича Столетова (1839-1896)

(рис. 36). В80-хгг. им была обнаружена петля гистерезиса и доменная структура у ферромагнитных материалов.

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.

В 1895 г. Пьер Кюри обнаружил существование у ферромагнетиков критической температуры, выше которой происходит исчезновение доменной структуры и потеря ферромагнетизма – точки Кюри.

Рис. 36. А. Г. Столетов Применение электричества для связи, освещения, двигательной силы потребо-

вало создания электроизмерительных приборов, Системы единиц измерения.

К 80-мгг. появились гальванометры, амперметры, вольтметры, магазины сопротивления, а начало созданию электроизмерительных приборов положили М.В. Ломоносов, Г.В. Рихман, Б. Франклин еще

вXVIII в.

В1881 г. в Париже собрался первый Международный конгресс электриков. Было принято постановление о разработке единой системы единиц. В группу разработчиков входили: Г. Гельмгольц, Г. Кирхгоф, У. Томсон, Р. Клаузиус, А.Г. Столетов и др.

Электродвигатели

История создания двигателей уходит в глубокую древность. Сложными путями шел человек к открытию и познанию законов физики, созданию различных механизмов, машин.

Впервые двигатель назвал машиной римский зодчий Марк Полион (1 в. до н. э.).

Важнейшим этапом в развитии электроэнергетики явилось изобретение и применение электродвигателей. Принцип действия электродвигателей основан на физическом явлении: виток проводника, по которому протекает электрический ток, будучи помещенным между магнитами, движется поперек силовых линий магнитного поля. Электродвигатель, как правило, компактнее других двигателей, всегда готов к работе, может управляться на расстоянии.

52

История электродвигателя – сложная и длинная цепь открытий, находок, изобретений. Проследим этапы развития электродвигателей.

I этап. Начальный период развития электродвигателя(1821-1834гг.). Он тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии

вмеханическую.

В1821 г. М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита, или вращение магнита вокруг проводника. Опыт Фарадея показал принципиальную возможность построения электрического двигателя.

Многие исследователи предлагали различные конструкции электродвигателей.

Первые электродвигатели напоминали по устройству паровые машины: двигатель Дж. Генри (1832 г.) и двигательУ. Пейджема (1864 г.) имели коромысла, кривошип, шатун, а также золотники (переключатели тока всолено-идах,заменявших собой цилиндр).

П. Барлоу предложил «колесо Барлоу». Оно состояло из постоянного магнита и зубчатых колес, скользящий контакт осуществлялся с помощью ртути, а питалось колесо от гальванического элемента.

Дж. Генри предложил в 1832 г. модель двигателя с возвратнопоступательным движением: подвижный электромагнит поочередно притягивался к постоянным магнитам и отталкивался от них, замыкая и размыкая батареи гальванических элементов. Он совершал 75 качаний в минуту.

Было еще много попыток создания двигателей с качательным движением якоря. Однако более прогрессивными оказались попытки построить двигатель с вращательным движением якоря.

II этап. Второй этап развития электродвигателей(1834-1860гг.) характеризуется конструкциями с вращательным движением явнополюсного якоря. Однако вращательный момент на валу у таких двигателей обычно был резко пульсирующим.

В1834 г. Б.С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. В 1838 г. этот двигатель (0,5 кВт) был испытан на Неве для приведения в движение лодки

спассажирами (рис. 37), т. е. получил первое практическое применение.

Рис. 38. Электродвигатель А. Пачинотти

53

Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б.С. Якоби и других исследователей к следующим выводам:

 

– применение электродвигателей на-

 

ходится в прямой зависимости от удешев-

 

ления электрической энергии, т.е. от соз-

 

дания генератора, более экономичного,

 

чем гальванические элементы;

 

 

– электродвигатели должны иметь по

 

возможности малые габариты и по воз-

 

можности большую мощность и больший

 

коэффициент полезного действия.

 

III этап. Третий этап в развитии элек-

 

тродвигателей (1860-1887гг.) связан с

 

разработкой

конструкций

с

кольцевым

Рис. 37. Бот Якоби

неявнополюсным якорем

и практически

постоянным вращающим моментом.

 

На этом этапе нужно отметить

электродвигатель

итальянца

А. Пачинотти (1860 г.) (рис. 38). Его двигатель состоял из якоря кольцеобразной формы, вращающегося в магнитном поле электромагнитов.

Подвод тока осуществлялся роликами. Обмотка электромагнитов включалась последовательно с обмоткой якоря (т.е. электромашина имела последовательное возбуждение). Габариты двигателя были невелики, он имел практически постоянный вращающий момент. В двигателе Пачинотти явнополюсный якорь был заменен неявнополюсным.

Барабанный якорь, в котором рабочим является провод-

ник, составляющий виток, был изобретен лишь в 1872 г. В. Сименсом. Еще через 10 лет в железе якоря появились пазы для обмотки (1882 г.). Барабанный якорь машины постоянного тока стал таким, каким мы его можем видеть в настоящее время.

Третий этап развития электродвигателей характеризуется открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения,

studfiles.net


Смотрите также