3.13 Специальные асинхронные машины.

Применение асинхронной машины непрерывно расширяется и в связи с этим появляется конструктивные видоизменения.

Одной из ветвей конструктивного видоизменения являются машины с двумя роторами. Внутренний ротор обычный с коротко замыкаемой обмоткой, а второй ротор выполнен в виде полого цилиндра. Статор традиционной конструкции. Первый ротор может использоваться для вращения вентилятора, который обеспечивает отвод тепла, а двигатель с полным ротором используется, как исполнительный двигатель.

Во всех машинах, которые рассматривались до сих пор, вращалась только одна часть машина - ротор. Однако можно сделать машину у которой будет вращаться и ротор, и статор. Неподвижная часть асинхронной машины принято называть статором, по этому лучше говорить о машине с двумя роторами (Рис. 3.41).

Рисунок 3.41 Асинхронная машина с двумя роторами

В двухмерной машине, или в машине с двумя роторами внутренний 1 и внешний 2 роторы вращаются в противоположных направлениях. На валу имеется двойной комплект контактных колец 3, через которой обеспечиваются связь с обмотками. Эти машины имеет две степени свободы.

Магнитогидродинамические (МГД) двигатели – насосы состоят из двух неподвижных статоров – одного с обмоткой и второго без обмотки. Между сердечниками имеются тепловые экраны, предохраняют сердечники и обмотки то попадания жидкости и снижения гидравлических сопротивлений. Вращение магнитное поле наводит в жидкости – роторе машине, токи, и электромагнитные силы увлекают жидкость. Чтобы получить осевое перемещение жидкости один из статоров или оба имеют винтовую нарезку. Жидкость – это метал, например, ртуть.

Индуктивные насосы находят применения в атомных реакторах для отбора тепла из радиоактивного контура. В качестве теплоносителя используются жидкие металлы и сплавы – натрий, калий и их соединения. Находят применения установки для перемешивания жидких металлов в металлургической промышленности и в литейном производстве.

Как и все электрические машины, МГД – машины обратимы. Прогоняя жидкость в магнитном поле, можно создать МГД – генераторы. В индуктивных насосах, чтобы получить генераторный режим работы, достаточно прогнать жидкость со скоростью, большей скорости движения магнитного поля.

Линейные асинхронные двигатели (ЛАД). Отличаются от обычных асинхронных двигателей тем, что они имеют разомкнутый магнитопровод, и круговое поле в воздушном зазоре таких машин ни при каких условиях не может быть получено.

Конструкции ЛАД весьма разнообразны. ЛАД находят применение для получения возвратно – поступательного движения, для привода различных транспортных устройств, поездов, разгонных устройств, устройств для эффективного торможения.

ЛАД используются в качестве насоса, когда ротором является жидкостью. Они применяются, практически только в двигательном режиме.

Мы рассмотрели только основные конструкции специальных асинхронных машин, которые далеко не исчерпывают всего многообразия специальных асинхронных машин.

Вопросы для самопроверки по главе

1. Условие получения при неподвижных обмотках статора вращающегося электромагнитного поля.

2. От чего зависит скорость вращения электромагнитного поля статора асинхронной машины?

3. Чем отличается режим двигателя от режима ротора?

4. По какой схеме соединены обмотки ротора асинхронной машины с фазным ротором?

5. Отличие короткозамкнутого ротора от ротора с фазной обмоткой.

6. Докажите, что МДС статора и вращающегося ротора неподвижны по отношению друг к другу.

7. Что характеризует безразмерный параметр «S - скольжение»?

8. Значение «S» в двигательном режиме.

9. Значение «S» в генераторном режиме.

10. Условие работы асинхронной машины генератором.

11. Определение механической характеристики.

12. Упрощенная формула Клосса.

13. Изобразите «Г» образную схему замещения асинхронной машины и определите значение каждого элемента схемы.

14. Как определяется значение критического скольжения?

15. Изобразите механическую характеристику асинхронного двигателя.

16. Как определяется значение минимального скольжения?

17. Достоинство волновой обмотки относительно петлевой в асинхронной машине.

18. Способы улучшения пусковых свойств асинхронного двигателя.

19. Методы уменьшения пусковых токов в асинхронном двигателе.

20. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением сопротивления ротора.

21. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением сопротивления в цепи статора.

22. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением напряжения источника питания.

23. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов в обмотке статора.

24. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением частоты и напряжения источники питания.

25. Особенность однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой.

26. Особенность однофазного асинхронного двигателя с пусковой емкостью.

27. Изобразите схему включения трехфазного асинхронного двигателя для работы от однофазной сети.

28. Конструктивные схемы линейного асинхронного двигателя.

29. Почему двигатель с глубокими пазами имеет улучшенные пусковые характеристики?

30. Для какой цели применяют включение активных сопротивлений в цепь ротора двигателя?

31. Назовите преимущества и недостатки асинхронного двигателя.

Приложения

Таблица 1

Международная система единиц физических величин

Наименование	Название	Обозначение	Соотношение
Основные единицы
Длина,	метр	м
Масса,	килограмм	Кг
Время,	секунда	с
Термодинамическая температура,	кельвин	К
Количество вещества,	моль	моль
Механические величины
Площадь,	квадратный метр
Объем,	Кубический метр
Скорость,	метр в секунду
Ускорение,	метр на секунду в квадрате
Частота,	герц	Гц
Частота вращения,	секунда в минус первой степени
Угловая скорость,	радиан в секунду
Угловое ускорение,	радиан на секунду в квадрате
Плотность вещества,	килограмм на кубический метр
Момент инерции,	килограмм- метр в квадрате
Сила,	ньютон

Продолжение таблицы 1

Наименование	Название	Обозначение		Соотношение
Момент силы,	ньютон-метр
Давление,	паскаль
Мощность,	ватт
Работа,	джоуль
Электрические и магнитные величины
Плотность электрического тока,	ампер на квадратный метр
Электрический заряд,	кулон
Электрический потенциал, напряжение, ЭДС,	вольт		работа по переносу звряда
Напряженность электрического поля,	вольт на метр
Электрическое сопротивление,	ом	Ом
Электрическая емкость,	фарад
Удельное электрическое сопротивление,	Ом – метр
Электрическая проводимость,	сименс
Удельная электрическая проводимость,	сименс на метр
Магнитный поток,	вебер
Магнитная индукция,	тесла
Магнитодвижущая сила,	ампер

Продолжение таблицы 1

Наименование	Название	Обозначение	Соотношение
Намагничивающая сила,	ампер
Напряженность магнитного поля,	ампер на метр
Магнитное сопротивление,	ампер на вебер
Магнитная проницаемость,	генри на метр
Индуктивность, взаимная индуктивность,	генри

Таблица 2

Основные соотношения электротехники

№ п/п	Закон, соотношение	Выражение	Примечание
2.1. Законы, элементы и параметры электрических цепей
1	Сопротивление активное		– мощность, Вт
2	Омическое сопротивление
3	Мгновенная мощность (полная)		- мгновенные значения напряжения и тока
4	Индуктивность		- число витков; -потокосцепление
5	ЭДС самоиндукции
6	Взаимная индуктивность

Продолжение таблицы 2

№ п/п	Закон, соотношение	Выражение	Примечание
7	Емкость		- заряд
8	Ток через емкость
9	Напряжение на емкости
10	Внешняя характеристика источника постоянного тока		– внутреннее сопротивление источника
11	Первый закон Кирхгофа
12	Второй закон Кирхгофа
2.2. Цепь однофазного синусоидального тока
13	Частота ЭДС генератора	Гц	- - число пар полюсов
14	Среднее значение синусоидальных тока, напряжения
15	Действующее значение синусоидальных тока, напряжения
16	Мощность полная
17	Индуктивное сопротивление
18	Емкостное сопротивление
19	Реактивное сопротивление

Продолжение таблицы 2

№ п/п	Закон, соотношение	Выражение	Примечание
20	Полное сопротивление	,
21	Коэффициент мощности
22	Мощность активная
23	Полная мощность
24	Реактивная мощность
25	Коэффициент индуктивной связи
2.3. Магнитные цепи
26	Магнитное сопротивление участка цепи		– длина средней магнитной силовой линии
27	Намагничивающая сила участка цепи	– частный случай
28	Намагничивающая сила катушки		- число витков
29	Закон Ома для магнитной цепи
30	Закон полного тока
31	Магнитный поток		-частный случай

Продолжение таблицы 2

№ п/п	Закон, соотношение	Выражение	Примечание
32	Магнитная индукция		– частный случай
33	Потокосцепление		– частный случай
34	Индуктивность соленоида		при
35	Индуктивность линейного провода		– радиус провода
36	Индуктивность двухпроводной линии		- радиус провода, - расстояние между проводами
37	Напряженность магнитного поля линейного проводника с током		- радиус окружности
38	Первый закон Кирхгофа
39	Второй закон Кирхгофа
2.4. Электромагнитная индукция и механические силы в магнитном поле
40	Закон электромагнитной индукции		- частный случай, - скорость движения проводника

Продолжение таблицы 2

№ п/п	Закон, соотношение	Выражение	Примечание
41	Энергия, запасенная в магнитном поле катушки
41а	Для линейных систем
42	Плотность энергии магнитного поля (объемная)
42а	Для линейных изотропных магнитных систем
43	Энергия двух магнитосвязанных контуров
44	Закон Ампера		- частный случай
45	Электромагнитная сила		– обобщенная координата; координата, которую стремится изменить сила
46	Сила тяги электромагнита		– площадь поперечного сечения магнитопровода

Продолжение таблицы 2

№ п/п	Закон, соотношение	Выражение	Примечание
47	Плотность тока		- частный случай
48	Плотность тока проводимости (закон Ома в дифференциальной форме)		– статическая напряженность электрического поля,
2.5. Переменное электромагнитное поле
49	Мощность потока электромагнитной энергии (вектор Пойнтинга)
50	Объемная плотность энергии электромагнитного поля в изотропной среде
51	Скорость распространения волн в диалектрике
51а	Для пустоты (скорость света)
52	Длина волны в проводящей среде

Литература.

1. Muller, G.: Elektrische Maschinen Theorie, Berlin: VEB Velag Technik 1966.

2. Вольдек А.Н. Электрические машины. М.; Л: Энергия, 1966.

3. Важнов А.Н. Электрические машины Л.: Энергия, 1969

4. Пиотровский Л.М. Электрические машины. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1975г. -504 с.

5. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1980г. 496с.

6. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств – М.: Высшая школа, 1988г., 479с.

7. Справочник по электрическим машинам / под редакцией И.П. Копылова, Б.К. Клохова, М.: Энергоатомиздат, 1989г.

8. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. Энергоатомиздат М., 1989г. -400с.

9. Брускин Д.Э. Зарохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. – М.: Высшая школа, 1990г.

10. Токарев Б.Ф. Электрические машины. –М.: Энергоатомиздат, 1990г. 624с.

11. Иванов – Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для вузов /А.В. Иванов – Смоленский. – М.: Издательство МЭИ, 2004г. -928с.

12. Вакурин В.Н. Электрические машины: учебное пособие / В.Н. Вакурин – М.: Энергия, 2006г.- 380с.

13. Епифанов А.П. Электрические машины: учебник СПб: Издательство «Лань», 2006. -272с.: пл-(учебник для вузов. Специальная литература)

14. Копылов И.П. Электрические машины. –М.: Логос, 2007г. -607с.

Оглавление

Предисловие 3

Введение 4

1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ 7

   1. Закон электромагнитной индукции 7

   2. Закон электромагнитного взаимодействия 8

   3. Законы электромеханики 10

   4. Сердечники магнитопроводов электрических машин 11

   5. Обмотки электрических машин 11

   6. Потери энергии и коэффициент полезного взаимодействия 15

   7. Нагревание и охлаждение электрических машин 16

Вопросы для самопроверки по главе 21

2. ТРАНСФОРМАТОРЫ 22

2.1 Назначение и общие сведения о трансформаторах 22

2. Основы теории однофазного трансформатора. Режим холостого хода 24

3. Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода 27

2.4 Управления, схема замещения однофазного трансформатора. (Рабочий режим) 28

5. Изображение векторной диаграммы приведенного трансформатора 32

6. Опытное определение параметров схемы замещения. Опыты холостого хода и короткого замыкания 35

7. Вторичное напряжение трансформатора. Внешняя характеристика 37

8. Мощность потерь и КПД трансформатора 39

9. Магнитные системы трехфазных трансформаторов 40

10. Схемы и группы соединений трехфазных трансформаторов 42

11. Параллельная работа трансформаторов 48

12. Автотрансформаторы 52

13. Специальные трансформаторы 54

    1. Трансформаторы частоты 54

    2. Трансформатор числа фаз 55

    3. Трансформаторы для электрических печей 56

    4. Сварочные трансформаторы 56

    5. Трансформаторы для выпрямительных установок 57

    6. Трансформаторы звуковой и ультразвуковой частот. Реакторы 58

    7. Измерительные трансформаторы 60

    8. Трансформаторы тока 60

    9. Трансформаторы напряжения 61

Вопросы для самопроверки по главе 62

2. АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ 64

1. Области применения. Конструкция асинхронных машин 64

2. Обмотки асинхронных машин 66

3. Энергетические диаграммы асинхронных машин 72

4. Схема замещения трехфазной асинхронной машины 75

5. Опытное определение параметров схемы замещения асинхронной машины 78

6. Электромагнитный момент асинхронной машины 81

7. Механические характеристики электрических машин и производственных механизмов 84

8. Совместная механическая характеристика электрического двигателя и производственного механизма 88

9. Пуск асинхронных двигателей 91

10. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей 94

11. Однофазные двигатели 101

12. Асинхронные машины автоматических устройств 106

13. Специальные асинхронные машины 109

Вопросы для самопроверки по главе 111

Приложения 113

Литература 121

134