Московский авиационный институт
(национальный исследовательский университет)
МАИ
Кафедра 310
«Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы»
Работа №1
«Конструкции основных типов электрических машин»
Москва
Задание
1. Изучить принцип действия и конструкцию:
- асинхронного двигателя (АД);
-синхронного генератора (СГ);
-машины постоянного тока (МПТ).
2. Выполнить эскизный чертёж продольного и поперечного разреза: АД; СГ; МПТ.
Классификация частей машины по назначению.
Для осуществления электромеханического преобразования энергии необходимо иметь:
-устройство для создания магнитного поля - индуктор;
-устройство для размещения проводника с током и передачи сил – якорь;
-приток энергии для поддержания в проводнике тока (для генератора - это механическая энергия, противодействующая электромагнитной силе, для двигателя - это электрическая энергия, обеспечивающая протекание в проводнике тока), (рис.1)
Из принципа действия электромеханического преобразователя энергии следует, что индуктор и якорь электрической машины (ЭМ) должны перемещаться относительно друг друга, поэтому ЭМ состоит двух основных частей: неподвижной (статор) и подвижной (ротор).
Прямая схема ЭМ: индуктор на роторе, якорь на статоре.
Вывернутая (обратная) схема ЭМ: индуктор на статоре, якорь на роторе.
Преобразование энергии в ЭМ происходит в пространстве, занятом электромагнитным полем. Части ЭМ, непосредственно предназначенные для энергопреобразовательного процесса, называются активными частями. К ним относятся магнитопроводы, проводники обмоток, промежутки между магнитопроводами индуктора и якоря (рис.2).
Для того, чтобы машина осуществлять свое назначение, в ней должен быть предусмотрен ещё целый ряд важных деталей, называемых конструктивными частями, которые не принимают непосредственного участия в процессе преобразования энергии, но придают статору и ротору определенное положение в пространстве, обеспечивают их необходимые степени свободы перемещения, передают электрическую энергию от сети к активной зоне машины, передают механическую энергию от активной зоны к сопряженной машине, осуществляют охлаждение машины, электрически изолируют витки проводников обмоток друг от друга, от магнитопроводов и конструктивных частей, защищают активные части машины от повреждений в результате воздействия окружающей среды, обеспечивают безопасную эксплуатацию машины, предотвращая прикосновение обслуживающего персонала к её вращающимся или находящимся под напряжением частям, делают возможным монтаж машины на месте установки и т.п. К основным из них относятся корпуса и щиты, узлы подшипников, валы, роторы, коллекторы и контактные кольца, щетки и щеткодержатели.
Устройство и принцип действия синхронного генератора (сг) с индуктором на роторе.
Ротор содержит явнополюсный (зубчатый) магнитопровод 1, набранный из листов электрической стали, на полюсах которого расположена сосредоточенная обмотка 2, подключаемая через контактные кольца 3 и щетки 4 к источнику постоянного напряжения (рис.4). В активной зоне СГ под действием МДС индуктора (с обмоткой 2) возникает магнитное поле взаимной индукции 3, пересекающее обмотку якоря 5, расположенную на статоре. В обмотке якоря наводится трёхфазная ЭДС (m- фазная в общем случае), подводимая к трёхфазной нагрузке. Частота генерируемого напряжения жестко (синхронно) связана с частотой вращения ротора f=pn/60, где n-частота вращения ротора, об/с.
Так как синхронная машина в режиме двигателя не обладает пусковым моментом, для осуществления её работы в этом режиме ротор предварительно должен быть раскручен до синхронной скорости вращения магнитного поля, создаваемого в режиме двигателя, как и в случае АД, обмоткой статора. При перегрузке синхронного двигателя (СД) ротор выпадает из синхронизма и для продолжения работы ротор снова нужно раскручивать до синхронной скорости внешним приводом. Это связано с большими сложностями, и привод на базе СГ не обладает нужной надежностью. Поэтому в авиации синхронная машина (за исключением специальных маломощных машин) используется в генераторном режиме.
