11. Синхронные машины и их разновидности.

Синхронные машины – все машины, у которых скорость вращения ротора в точности равна скорости вращения поля статора.

1. Генераторы переменного тока. В синхронной машине ротор представляет собой вращающийся постоянный или электромагнит. В генераторы в статорную обмотку наводят ЭДС с частотой, равной или кратной частоте вращения ротора. В двигателях на статорную обмотку подается переменная ЭДС. Конструкция двигателя обеспечивает вращение магнитного поля. Ротор является постоянным или электромагнитом, синхронно следующим за полем.

2. Исторически первым является синхронный двигатель промышленной частоты. В нах вращающееся магнитное поле создается 2х или 3хфазной обмоткой статора. 2х фазная обмотка содержит 2 сдвинутых на в пространстве обмотки, питающиеся синусоидальным сдвинутым на переменным напряжением, поэтому результирующий вектор индуктивности вращается с постоянной скоростью, не меняя модуля.

3. Шаговые двигатели. В шаговых двигателях многополюсная обмотка управляется электронными ключами путем переключения соседних полюсов, обеспечивая дискретные значения поля. Ротор движется скачками по шагам, однако современные силовые схемы управляются контроллерами, поэтому все чаще используют плавное изменение индукции полюсов с помощью ШИМ-модуляции. Поэтому поле движется равномерно.

4. Гистерезисный синхронный двигатель - двигатель у которого ротор – однородное тело (диск или полый цилиндр), не имеющий асимметрии магнитных свойств. Под действием поля статора происходит намагничивание и ротор вращается как постоянный магнит. При моментальной нагрузке происходит поворот постоянного магнита.

12. Асинхронная машина. Конструкция. Скольжение, вращающий момент

Принцип работы асинхронных машин основан на взаимодействии магнитного поля с движущимся проводящим телом. Ток, возникающий в контуре под действием меняющегося магнитного поля, создает магнитное поле, всегда направленное против внешнего магнитного поля. Проводящее тело увлекается движущимся магнитным полем. Асинхронный двигатель содержит статор, создающий вращающееся магнитное поле и ротор, содержащий короткозамкнутую обмотку. При вращении поля в обмотке создаются коротко замкнутые токи, создающие поле ротора, которое сдвинуто относительно поля статора таким образом, что возникает вращающий момент, направленный в сторону вращения магнитного поля статора.

Конструкция

Фазный ротор

На явно выраженных полюсах расположена фазовая обмотка по схеме звезды, концы выведены на внешние зажимы ч/з контактные кольца и щетки. Замыкается внешним реостатом.

Беличья клетка

Ротор представляет собой многополюсный барабан из изолированных пластин в пазы м/у неявно выраженными полюсами без изоляции помещается обмотка. Лобовые части закорачиваются проводящими кольцами.

Полый немагнитный ротор.

Выполняется в виде тонкостенного алюминиевого стакана. Внутри стакана располагается неподвижный магнитопровод. Обмотка такой машины двухфазная.

Предположим, что ротор представляет собой проводящее тело в виде цилиндра. Статорные обмотки создают вращающееся поле , скорость вращения , которая равна угловой частоте питающей сети. Скорость ротора меньше скорости поля. Это явление называют скольжением .

В результате скольжения в теле возникает ЭДС вращения, коротко замкнутые токи и магнитное поле ротора. В результате взаимодействия с полем статора и возникают вращающие моменты. Угловая частота ЭДС вращения равна частоте скольжения. Если скорость ротора точно равна скорости вращения поля статора, то эта частота равна 0. Если ротор заторможен, т.е. , то частота равна частоте вращения поля статора и обозначается . Это константа для данной машины. Частоту скольжения можно выразить . Ток по закону Ома . Вращающий момент связан с модулем тока – модуль полного сопротивления ротора.

- индуктивное сопротивление ротора.

X_S – индуктивное сопротивление при заторможенном роторе.

Пусть тело ротора неподвижным. В этом случае поле статора будет вращаться относительно ротора с частотой . Электрическая машина является цепью переменного тока. Т.к. сопротивление ротора индуктивное, то ток отстает по фазе от . В результате возникает пространственный сдвиг вектора индукции поля ротора относительно поля статора. При отсутствии индуктивности этот сдвиг равен .