Реферат: Синхронный злектродвигатель. Синхронные двигатели реферат

Доклад - Синхронный двигатель с постоянными магнитами

Министерство образованияРоссийской Федерации

Новосибирский ГосударственныйТехнический Университет

Утверждаю

Доцент к.т.н.

___________Стернина С.Л.

___________________2006г

Реферат

На тему: Синхронные двигатели с постоянными магнитами.

Разработал

СтудентМаксимов Р.С.

ГруппаТМ-402

ФакультетМеханико-технологический

Титульныйлист выполнен по ГОСТ 2.105-95.ЕСКД. Общие требования к текстовым документам

Содержание

1.

Введение.

2.

Назначение и область применения.

3.

Устройство.

4.

Принцип работы синхронной машины.

5.

Особенности пуска двигателей спостоянными магнитами.

6.

Уравнение ЭДС и моментдвигателя в синхронном режиме.

7.

Двигатели с радиальнымрасположением магнитов.

8.

Характеристики магнитотвердых материалов, применяемых в магнитныхсистемах Синхронных машин.

9.

Заключение.

10.

Список литературы.

Введение

Применениепостоянных магнитов в магнитных системах синхронных машин так же, как и вдругих типах электрических машин, обусловлено стремлением уменьшить габариты ивес машины, упростить конструкцию, увеличить к.п.д., повысить надежность вэксплуатации.

Постоянныемагниты в синхронных машинах предназначены для создания магнитного поля возбуждения, причем для этого могутприменяться постоянные магниты, комбинированные с электромагнитами, по катушкамкоторых протекает постоянный ток. Использование комбинированного возбужденияпозволяет получить требуемые регулировочные характеристики по напряжению ичастоте вращения при значительно уменьшенной мощности возбуждения и объемемагнитной системы по сравнению с классическими электромагнитными системамивозбуждения синхронных машин.

В настоящее время постоянные магниты применяютсяпри мощности синхронных машин до одного или нескольких киловольт-ампер. По мересоздания с постоянных магнитов с улучшенными характеристиками, мощности машинвозрастают.

Назначение и область применения.

Синхронные машины, являются машинами переменноготока. Применяются в качестве двигателя и генератора.

Синхронные двигатели применяются в основном вприводах большой мощности. Мощность их достигает нескольких десятков мегаватт.На тепловых станциях, металлургических заводах, шахтах, Холодильниках приводятв движение насосы, и другие механизмы, работающие с неизменной скоростью.Синхронные двигатели могут работать с различной реактивной мощностью. Такимобразом, Эти двигатели позволяют улучшить коэффициент мощности предприятия.Однако стоимость приводов с синхронным двигателями выше, чем с асинхронными.

Специальные двигатели малой мощности используют вустройствах, где строгое постоянство скорости, электрочасы, автоматическиесамопишущие приборы, устройства с программным управлением и др.

На крупных подстанциях электрических системустанавливают специальные синхронные машины, работающие в режиме холостого ходаи отдающие в сеть только реактивную мощность, которая необходима дляасинхронных двигателей. Эти машины называют синхронными компенсаторами.

Устройство синхронного двигателяс возбуждением от постоянных магнитов.

Изобретение относится к областииспользования трехфазных синхронных машин для выработки электроэнергии.Устройство состоит из расположенных на одном валу трехфазного синхронногодвигателя и трехфазного синхронного генератора, которые выполнены свозбуждением от постоянных магнитов. Ротор и статор двигателя и генератораимеют явно выраженные полюса. Обмотки статора намотаны вокруг полюсов статора. Постоянныемагниты возбуждения в двигателе и генераторе размещены в спинках ротора междуего полюсами. В центре полюсов ротора генератора находятся плоскиекомпенсационные постоянные магниты, размещенные в плоскостях, проходящих черезось генератора.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение связано с использованиемтрехфазных синхронных машин специальной конструкции с возбуждением отпостоянных магнитов, НО 2 К 21/27.В настоящее время широко известны конструкциитрехфазных синхронных машин (двигателей и генераторов), в том числе и свозбуждением от постоянных магнитов. Описание конструкции синхронных машин свозбуждением от постоянных магнитов могут быть приняты за прототип синхронныхмашин, предлагаемых в настоящем изобретении. Недостатком существующихсинхронных машин является то, что магнитный поток, создаваемый постояннымимагнитами полюсов ротора, пересекает проводники обмотки статора, располагаемыев пазах внутренней поверхности статора. При этом генерируемая электрическаямощность в генераторе равна требуемой механической мощности, подводимой кротору генератора (без учета потерь энергии в статоре и механических потерьэнергии в роторе). Точно также механическая мощность, развиваемая двигателем,равна мощности, потребляемой двигателем от источника питания (без учета потерьэнергии). В связи с изложенным эффективность существующих синхронных машин,принятых за прототипы, всегда меньше единицы. Технический результат, надостижение которого направлено настоящее изобретение, состоит в созданиитрехфазных электрических машин (двигателя и генератора) с эффективностью,большей единицы, объединяемых на одном валу в агрегат, позволяющий обеспечитьвыработку электроэнергии без затрат каких-либо энергоносителей. Устройствосинхронного двигателя-генератора (СДГ) состоит из трехфазного синхронногодвигателя (ТСД) и трехфазного синхронного генератора (ТСГ), находящихся наодном валу, помещенных в общий корпус. Двигатель и генератор выполнены с явновыраженными полюсами статора и ротора, с обмотками статора (ОС), намотанными“вокруг” полюсов статора. Статор, состоящий из полюсов статора (ПС) и “спинки”статора (СС), выполнен из листовой электротехнической стали. Ротор, состоящийиз полюсов ротора (ПР) и спинки ротора (СР), выполнен из монолитнойэлектротехнической стали. В спинке ротора размещены постоянные магнитывозбуждения (ПМВ).В центре полюсов ротора генератора дополнительно размещеныплоские небольшой толщины компенсационные постоянные магниты (ПМК),располагаемые в плоскости, содержащей ось генератора. Особенностью конструкциидвигателей ТСД является малая толщина постоянных магнитов возбуждения (2hПМП).Длинаполюсов статора вдоль внутренней поверхности статора (lПС)составляет 60 “электрических” градусов; длина полюсов ротора вдоль наружнойповерхности ротора (lПР ) составляет 120 “электрических” градусов. Числополюсов статора (mC) кратно трем и равно mC=3Р, где Р — число пар полюсов в машине. Число полюсов ротора (mP) равно: mP=2P.Всечасти магнитопроводов двигателя и генератора являются “ненасыщенными”, чтопозволяет учитывать магнитное сопротивление только постоянных магнитов ивоздушных зазоров. Схематические поперечные сечения ТСД и ТСГ приведены нафиг.1

На фиг.1 приняты следующие обозначения:

1 — “спинка” статора (СС)

2 — полюса статора (ПС)

3 — обмотки статора (ОС)

4 — полюса ротора (ПР)

5 — “спинка” ротора (СР)

6 — постоянные магниты возбуждения (ПМВ)

Принцип действия синхронноймашины.

Принцип действия синхронных машин основанна взаимодействии магнитных полей статора и ротора. Схематически вращающеесямагнитное поле статора можно изобразить полюсами магнитов вращающихся впространстве со скоростью вращения магнитного поля статора <img src="/cache/referats/22399/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

При отсутствиивнешнего вращающего момента, приложенного к валу машины, оси полей статора иротора совпадают (рис. 1 а)). Силы притяжения F действуют на ротор вдольоси полюсов и взаимно компенсируют друг друга. Угол между осями полей статора иротора равен нулю.

Если на валмашины действует тормозной момент, то ротор смещается в сторону запаздывания наугол (рис. 1 б). В результате силыпритяжения F раскладываются на составляющие, направленные вдоль оси полюсовротора <img src="/cache/referats/22399/image003.gif" v:shapes="_x0000_i1027"><img src="/cache/referats/22399/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1028"><img src="/cache/referats/22399/image005.gif" v:shapes="_x0000_i1029">,компенсирующий внешний момент, приложенный к валу (D — диаметр точекприложения тангенциальных сил). Машина при этом работает в режиме двигателя,компенсируя расходуемую на валу механическую мощность потреблением активноймощности из сети, питающей статор.

В случае еслик ротору прикладывается внешний момент, создающий ускорение, т.е. действующий внаправлении вращения вала, картина взаимодействия полей меняется на обратную.Направление углового смещения 

изменяется на противоположное,соответственно изменяется направление тангенциальных сил и направление действияэлектромагнитного момента. В этом случае он становится тормозным, а машинаработает генератором, преобразующим подводимую в валу машины механическуюэнергию, в электрическую энергию, отдаваемую в сеть, питающую статор.

<img src="/cache/referats/22399/image007.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1031">Вращающий момент в синхронной машине можетвозникать и при отсутствии собственного магнитного поля у ротора. Пусть,например, обмотка возбуждения явнополюсного ротора отключена от питания. Тогдакартина магнитного поля машины будет иметь вид, представленный на рисунке 2.Здесь явнополюсный ротор связан с системой координат d-q таким образом,что ось d-d совмещена с осью симметрии в направлении максимальноймагнитной проводимости, а ось q-q с направлением минимальной магнитнойпроводимости. Ось d-d совпадает также с осью магнитного полявозбужденного ротора и называется продольной осью, а ось q-qсоответственно – поперечной.

При отсутствиивнешнего момента явнополюсный ротор займет положение, при котором продольнаяось будет совпадать с осью полюсов магнитного поля статора. Это положениесоответствует минимальному магнитному сопротивлению для магнитного потокастатора.

Если на валмашины будет действовать тормозной момент, то ротор отклонится на угол 

.При этом магнитное поле статора деформируется, т.к. магнитный поток будетстремиться замкнуться по пути наименьшего сопротивления. Магнитный потокопределяется через магнитные силовые линии, т.е. линии, направление которых вкаждой точке соответствует направлению действия силы, поэтому деформация поляприведет, также как и в случае возбужденного ротора, к появлению результирующейтангенциальной силы . Это отличие возникает вследствиетого, что у возбужденного ротора возможно только одно положение устойчивогоравновесия при

Вращающиймомент, возникающий в машине с невозбужденным ротором за счет тангенциальныхсил называется реактивным моментом и его зависимость от 

выражается функцией

Очевидно, чтонеобходимым условием возникновения реактивного момента является магнитнаяасимметрия ротора.

Рассмотренныевыше процессы в синхронной машине наглядно демонстрируют принцип обратимостиэлектрических машин, т.е. способность любой электрической машины изменятьнаправление преобразования энергии на противоположное. В синхронных машинах дляперехода от режима работы двигателем в режим генератора достаточно изменитьнаправление (знак) момента нагрузки на валу.

Особенности пуска двигателей с постояннымимагнитами.

Подавляющее большинство синхронныхдвигателей пускается как асинхронные, для чего они снабжаются пусковойобмоткой. Однако в отличие от двигателей с электромагнитным возбуждениемпостоянные магниты на время пуска невозможно «отключить». Поэтому впроцессе разгона поток постоянных магнитов индуцирует в обмотке статора ЭДС,под действием которой по обмотке через источник протекает ток (рис. 3.4). Этотток, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создает момент по своейприроде аналогичный асинхронному моменту, развиваемому пусковой обмоткой.Однако этот момент является не движущим, а тормозящим.

Частота тока в пусковой обмоткепропорциональна скольжению (f2 = f1s), поэтому максимумасинхронного момента лежит в области малых скольжений. Частота тока в обмоткестатора от поля постоянных магнитов пропорциональна скорости ротора [n2= n1(1-s)], поэтому максимум тормозного момента лежит в областималых значений n, т.е. больших скольжений.

Тормозной момент образует провал впусковой характеристике двигателя, тем самым создает опасность застревания егона малой скорости вращения (рис. 3.5). Понятно, что с этой точки зрения надо быиметь небольшой поток постоянного магнита, т.е. небольшую ЭДС Е0,хотя винтересах работы в синхронном режиме должно быть наоборот. Оптимальное отношениеЕ0/U для двигателей мощностью 10 -120 Вт при f = 50 Гц,p = 2лежит впределах 0,5 — 0,8.

Уравнение ЭДС и момент двигателя всинхронном режиме. Изобщего курса электрических машин известно несколько форм уравнения напряжениясинхронного двигателя с явновыраженными возбужденными полюсами, например такая:<img src="/cache/referats/22399/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1035">

. Синхронные двигатели с постояннымимагнитами на роторе с радиальным (а) и аксиальным (б) расположением магнитов. 1– постоянный магнит; 2 – сердечник из электротехнической стали; 3 – стержнипусковой обмотки; 4 – короткозамыкающие кольца.

где: <img src="/cache/referats/22399/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1037">0 — ЭДС, индуцированная в статоре полем ротора; <img src="/cache/referats/22399/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1038">d,<img src="/cache/referats/22399/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1039">q — ток статора по осям d и q; xd, xq — синхронныеиндуктивные сопротивления статора по продольной и поперечной осям; r1 — активное сопротивление статора.

Уравнению соответствует векторнаядиаграмма нарис.. Из диаграммы можно вывести выражения токов Idи Iq

. . Векторная диаграмма СМД. <img src="/cache/referats/22399/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1041">

<img src="/cache/referats/22399/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> где — степень возбужденности ротора.

Полный ток статора

Если пренебречь активнымсопротивлением статора (r1 = 0), формула момента

Вращающий момент двигателя являетсясуммой двух моментов: электромагнитного М1, обусловленноговзаимодействием полей статора и ротора и реактивного момента М2,обусловленного неодинаковой проводимостью по продольной и поперечной осям.

Не учет активного сопротивлениястатора в микромашинах приводит к значительным количественным ошибкам. Вместе стем его учет сильно усложняет математический анализ процессов, происходящих вмашине /см. [1], формула(4.24)/. Однако и в этом случае формула момента похожана

где: AЭ — амплитудаэлектромагнитного момента с учетом r1; Adq — амплитудареактивного момента с учетом r1; αЭ, αdq — углы сдвига первой и второй составляющих момента; MТ — тормозноймомент.

Рассматривая выражение (3.2'),приходим к выводу, что вращающий момент синхронного микродвигателя с учетом r1, так же как и без учета r1, является суммой двух синусоид, толькосмещенных влево на углы αЭ и αdq и вниз навеличину тормозного момента МТ.

Смещение синусоид влево (в сторонуменьших углов) можно пояснить с помощью векторной диаграммы рис. 3.2, накоторой пунктиром показан вектор напряжения, замыкающий диаграмму, и угол q приr1 = 0. Из диаграммы видно, что учет активного сопротивленияприводит к уменьшению угла между векторами ЭДС и напряжения сети. Это даетоснование утверждать, что момент наступает при меньшем угле. Смещение синусоидвниз объясняется потерями в обмотке статора, которые бы не учитывались при r1= 0, следовательно, меньшей полезной мощностью, а значит и меньшим моментомдвигателя.

Двигатели с радиальным расположениеммагнитов.Рольобмотки возбуждения здесь выполняет блок постоянных магнитов типа звездочки, накоторый напрессован кольцевой пакет из электротехнической стали. В пазах кольцарасполагается пусковая короткозамкнутая обмотка и имеются прорези, размерыкоторых выбираются из условия хорошего пуска и максимального использованияэнергии постоянных магнитов в синхронном режиме.

Свойства двигателя во многом зависятот того, насколько удачно выбраны размеры этих прорезей. В целях предохранениямагнитов от размагничивания и увеличения асинхронного пускового момента прорезидолжны быть минимальными. Однако не следует забывать о том, что это приводит кросту потоков рассеяния и ухудшению свойств двигателя в синхронном режиме.

Особенностью двигателей радиальнойконструкции является большое магнитное сопротивление по продольной оси по сравнениюс сопротивлением по поперечной оси. Объясняется это низкой проводимостьюпостоянного магнита, по которому проходит поток продольной реакции якоря(проводимость магнита лишь раз в 10 больше проводимости воздуха, тогда какпроводимость электротехнической стали в тысячи раз превышает ее).

Поток поперечной реакции якоряпроходит по полюсным наконечникам из электротехнической стали и, естественно,встречает малое магнитное сопротивление. Поэтому в данных двигателях ld< lq, а следовательно xd < xq. Тот факт,что xd < xqприводит к иному виду угловойхарактеристики, чем в двигателя «классической» конструкции (рис.3.3).

Стабилизация магнитовв этих двигателях происходит в режиме противовключения, что имеет место при частоте вращения, близкой к синхронной.

(Стабилизацией постоянного магнита называется воздействие на него внешней размагничивающей силой такой величины, больше которой в практике эксплуатации двигателя не встретится.)

В двигателях аксиальной конструкциимагнитные сопротивления по продольной и поперечной осям практически одинаковы,т.е. xd≈ xq, поэтому их можно рассматривать какмашины с неявновыраженными полюсами. Стабилизация магнитов в этих машинахпроисходит в режиме короткого замыкания.

Рис. 3.3. Зависимости моментов от угла&teta; при xd < xq (а) и при xd > xq (б).

Положительными свойствами синхронныхдвигателей с постоянными магнитами являются: высокая стабильность скоростивращения в синхронном режиме, сравнительно высокие энергетические показатели(КПД и cosj), повышенная перегрузочная способность, большая удельная мощность(мощность на единицу массы), хорошая синфазность вращения, что часто требуетсяв групповых приводах. Недостатки – более высокая стоимость, меньший пусковоймомент и больший пусковой ток по сравнению с аналогичными реактивнымидвигателями.

Характеристики магнитотвердыхматериалов, применяемых в магнитных системах Синхронных машин.

Основные требования к магнитам:

1.

Достаточновысокая остаточная индукция Вя, коэрцитивная сила Нс,энергетическое произведение ВdHD(ВdиHD–координаты экстремальной точки, определяющий максимум произведения) м тем,чтобы получить уменьшенную массу и объем машины.

2.

Удовлетворительныетехнологические и механические свойства, обеспечивающие изготовление магнитовзаданной формы и размеров, их прочное сочленение с другими деталями и надежнуюработу во вращающихся конструкцияхроторов.

3.

Эффективноепротиводействие размагничивающим полям при пусках и перегрузках двигателя.

4.

Стабильностьмагнитных свойств во времени.

5.

Стабильностьмагнитных свойств при изменении окружающей температуры в диапазоне: по крайнеймере от -40, -500С до +2000,2500С

6.

Умереннаястоимость.

Из известных в настоящее время магнитотвердыхматериалов, в свете указанных требований, целесообразно рассматривать следующиегруппы:

1.

не деформируемые сплавы на основе системы Fe-Al-Ni(Ални) иFe-Al-Ni-Co (Алнико): литые и металлокерамические.

2.

Микропорошковые композиции, например, из порошков Feи Fe---Co, особенно с удлиненными частицами.

3.

Микропорошковые композиции на основередкоземельных элементов, например, из порошков SmCo5

4.

Ферриты.

Хорошие механические и магнитные свойства имеютсплавы на основе драгоценных металлов, например, сплавы платины, но они оченьдороги и их применение не целесообразно.

Литыесплавы типа Алико имеют хорошие магнитные свойства при магнитной текстуре ивысокие при направленной кристаллизации. В лучших образцах остаточная магнитнаяиндукция Вrравна

1.12-1,14 Тл при коэрцитивной силе до 15-125 кА/мэнергетическое произведение (ВdHd) достигает 96ТлкА/м. К недостаткам таких материалов относиться трудность обработки, невысокие механические свойства, в частности, малая механическая прочность: прделпрочности на разрыв 2.1-6.4 кгс/мм2, на из гиб – 5,4-16,8 кгс/мм2.Такаямеханическая прочность ограничивает диаметр вращающихся магнитов, частотувращения роторов электрических машин(до100м/с) и, следовательно диапазон мощностей, в которых могли бы применятьсяпостоянные магниты.

Кроме того, эти материалы имеют довольно сложнуютехнологию, что обуславливает их сравнительно высокую стоимость.

Металлокерамические материалы имеют несколькохудшие магнитные свойства, но часто не требуют обработки и имеют более высокиемеханические характеристики: придел прочности на растяжение до 21-33 кгс/мм2,предел прочности на изгиб до 50-60 кгс/мм2.

Металлокерамические магниты выдерживаютлинейную скорость вращения до 140 м/сек и выше, тогда как литые магниты приэтом разрушаются. Энергетическое произведение доходит до 38 тлкА/м.

Ряд магнитов из тонких порошков имеют хорошиемагнитные свойства: например, из порошка Fe-Coс удлиненными частицами, для которых коэрцитивная сила равна 78,4 кА/м,а остаточное индукция Вr=1,08тл.

Магниты из сплавов на основе редкоземельныхэлементов имеют наивысшие магнитные свойства: энергетическое произведениедостигает величины 160-240тлкА/м, а коэрцитивная сила 800кА/м.

Механические свойства этих сплавов исследованыслабо, но, во всяком случае, при использовании их в электрических машинахнеобходимо принимать меры для обеспечения механической прочности магнитов. Этисплавы имеют высокую стоимость. Вместе с тем, рекордные магнитные свойства этихсплавов обуславливают все более широкое их применение.

Ферритные магнитотвердые материалы имеют рядхороших характеристик, в частности, довольно высокую коэрцитивную силу(до240-270 кА/м), и они сравнительно дешевые, но в тоже время у них естьсущественный недостаток: значительное изменение магнитных свойств при изменениетемпературы. Так, для магнитов из ферритов бария температурный коэффициентостаточной индукции равен 0,2% на 10С в интервале температур от -700до +2000С. Несмотря на указанный недостаток, ферритныемагнитотвердые материалы могут быть рекомендованы для использования внеответственных электрических машинах.

Список литературы:

Исследование свойств постоянных магнитов1973г Берников

Синхронные машины (Специальный курс)1987г М.Г.Ахматов

Основы теории переходных процессовсинхронной машины. 1981г А.И Важнов

М.М.Кацман “Электрические машины итрансформаторы”, часть II, Москва, издательство “Высшая школа”, 1976 г.

www.ronl.ru

Реферат: Синхронный злектродвигатель

Введение............................................................................................................................................7

1. Синхронный двигатель................................................................................................................9

2. Принцип действия синхронного двигателя..............................................................................12

3. Общие сведения об обмотке двигателя.....................................................................................13

4. Контроль нагрева электродвигателя..........................................................................................16

Возможно вы искали - Реферат: Проблема интертекстуальности в теории переводa

5. Пуск синхронного двигателя......................................................................................................19

6. Асинхронный пуск синхронного двигателя .............................................................................20

7. Обслуживание и ремонт электро двигателя..............................................................................22

8. Основы электробезопасности при проведении ремонтных работ..........................................25

Заключение.......................................................................................................................................28

Похожий материал - Контрольная работа: Перевод мер угла в градусной часовой системе

Список литературы..........................................................................................................................29

ВВЕДЕНИЕ

Исключительное значение электротехники в наши дни объясняется тем, что средствами электротехники относительно просто решаются важнейшие технические проблемы в во всех отраслях (промышленности, быту, транспорте, передачи информации, медицине и т.д.) например передача на дальние расстояния и преобразование больших количеств энергии и передача сигналов на практически неограниченные расстояния.

Электротехническая промышленность выпускает в год миллионы электрических машин для всех отраслей народного хозяйства. И конечно же от специалистов в области электромеханики требуются глубокие знания обслуживания и ремонта электрических машин, а также их правильной эксплуатации. Без электрических машин не может развиваться ни одна комплексная научная программа. Электрические машины работают в космосе и глубоко под землей, в океане и активной зоне атомных реакторов, в животноводческих помещениях и медицинских кабинетах. Без преувеличения можно сказать, что электромеханика определяет технический прогресс в большинстве основных отраслей промышленности.

Прогресс в развитии электромашиностроения зависит от успехов в области теории электрических машин. Глубокое понимание процессов электромеханического преобразования энергии необходимо не только инженерам-электромеханикам, создающим и эксплуатирующим электрические машины, но и многим специалистам, деятельность которых связана с электромеханикой.

Возникновение электротехники как прикладной науке предшествовал довольно длительный период (начиная примерно с 16 века) накопления знаний об электричестве и магнетизма.

Очень интересно - Лабораторная работа: Создание электронной коллекции изображений

Начало практическому примеру электрического освещения положило изобретение в 1876 году П.Н. Яблочковым электрической свечи. Им же впервые был внедрен в практику переменный ток, осуществлено “дробление” электрической энергии посредствам трансформаторов с централизованного производства и распределения электроэнергии.

Работы М.О. Даливо–Добровольского, который изобрел трехфазный трансформатор и асинхронный двигатель (1889-1891 г.) и детально разработавшего технику трехфазной системы, которая по сегодняшний день остается основным способом передачи и распределения электроэнергии на всем земном шаре.

Электроэнергия является стержнем строительства экономики современного общества, играет ведущую роль в развитии всех отраслей народного хозяйства, в осуществлении всего технического процесса.

В настоящее время перед электромеханиками стоят трудные и интересные проблемы, которые требуют глубокого знания теории, проектирования и технологии изготовления электрических машин.

1. СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Синхронные двигатели имеют постоянную частоту вращения, и используется там, где нет необходимости в регулировании частоты или она должна быть постоянной. Синхронные двигатели имеют большую мощность (50–100 кВт и более) и применяется на металлургических заводах, в шахтах и других предприятиях для приведения в движение насосов, компрессоров и т.д. Достоинством синхронного двигателя является возможность его работы с емкостным (опережающим) током статора. Такой двигатель будет улучшать коэффициент мощности предприятия

Вам будет интересно - Реферат: Все о нанотрубках

Имеется также специальные синхронные микродвигатели мощностью от долей ватта до нескольких десятков ватт, используемые в схемах автоматики, звукозаписи, для вращения лент самопищущих приборов и в других случаях, требующих строгого постоянства частоты вращения.

Синхронная машина, работающая в режиме генератора или двигателя, может служить источником реактивной мощности.

Синхронный двигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. В пазах статора размещена обмотка переменного тока, получающая питание от сети, а в роторе – обмотка постоянного тока.

В зависимости от мощности двигателя ротор выполняют с различной системой возбуждения. Синхронные двигатели средней и большой мощности выполняют с электромагнитным возбуждением. В этом случае расположенная на роторе обмотка возбуждения получает питание от источника постоянного тока через контактные кольца. Для двигателей малой мощности применяют постоянные магниты без обмотки возбуждения, что упрощает конструкцию ротора и повышает надежность двигателей.

Рис.1 Устройство синхронного двигателя небольшой мощности:

1 – корпус; 2 – сердечник статора; 3 – обмотка статора; 4– ротор;

5 – вентилятор; 6 – выводы обмотки статора; 7 – контактные кольца;

8 – щетки; 9 – возбудитель.

Похожий материал - Реферат: Углеродные нанотрубки 2

Ротор синхронных двигателей выполняют с явновыраженными и неявновыраженными полюсами.

Явнополюсные, то есть с ровно выраженными полюсами, при котором каждый полюс выполняют в виде отдельного узла, состоящего из сердечника, полюсного наконечника и полюсной катушки. Все полюса закрепляют на ободе, являющимся также и ярмом, через которые закрепляются магнитные патоки полюсов. Сердечники полюсов явнополюсного ротора обычно собирают из штамповой листовой конструкционной стали толщиной 1 - 1,5 мм. Обод явнополюсного ротора выполняют массивным (литым или сварным) или же шлихтованным из листов конструкционной стали 1-6 мм. Листы стягивают шпильками.

Рис.2 Явнополюсной ротор.

Неявнополюсной ротор имеет вид удлиненного стального цилиндра. Сердечник неявнополюсного ротора изготовляют в виде цельной стальной поковки в месте с хвостовиками или же делают сборными. Обмотки возбуждения неявнополюсного ротора занимает лишь две трети его поверхности (по периметру). Оставшееся одна треть внутренности двигателя остается для ротора. Для защиты лобовых частей обмотки ротора от разрушения действием центробежных сил ротор с двух сторон прикрывает стальными бандажными кольцами (каплями) изготовленными обычно из немагнитной стали.

Рис.3 Неявнополюсной ротор.

2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Оболочка статора синхронного двигателя подключается к сети переменного тока, а оболочка ротора к источнику постоянного тока. В синхронном двигателе момент на валу создается благодаря взаимодействию вращающегося магнитного поля статора и постоянного поля ротора. В отличие от асинхронного двигателя частота вращения ротора в синхронном двигателе не зависит от нагрузки и равна частоте вращения поля статора. Если ротор двигателя начнет вращаться с частотой, меньшей, чем частота поля статора, то в какой-то момент времени намагниченные полюса ротора расположатся против одноименных полюсов вращающегося поля статора. В этом случае нарушится связь между полюсами статора и ротора из-за их взаимного отталкивания.

cwetochki.ru

Синхронные двигатели - fiziku5.ru

Любой приемник электрической энергии требует постоянства напряжения сети. Чтобы обеспечить постоянное напряжение сети при изменении нагрузки в синхронном генераторе, изменяют и ток возбуждения.

Зависимость, показывающая, каким образом необходимо изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы при изменении нагрузки генератора напряжение на его зажимах оставалось неизменным, называется регулировочной характеристикой (рис. 129), При активной нагрузке увеличение тока в статоре вызывает незначительное понижение напряжения, так как реакция якоря незначительно уменьшает магнитный поток. При этой нагрузке требуется незначительно увеличить ток возбуждения для обеспечения постоянства напряжения. При индуктивной нагрузке создается продольное размагничивающее поле реакции якоря, уменьшающее поток полюсов. Поэтому, чтобы создать постоянство напряжения (т. е. для постоянства результирующего магнитного потока), необходимо более значительно увеличить ток возбуждения для компенсации размагничивающего поля реакции якоря. При емкостной нагрузке происходит усиление магнитного поля и для постоянства напряжения необходимо уменьшить ток возбуждения при увеличении тока в статоре.

Наиболее часто синхронные генераторы работают на общую мощную сеть электростанции или энергосистемы. Напряжение такой сети Uc частота тока в ней неизменны. Напряжение на зажимах генератора равно и противоположно напряжению сети Uг= —Uс.

Результирующее магнитное поле ФР статора, вращающееся с числом оборотов

При уменьшении тока возбуждения уменьшится также и потом полюсов Ф"т, что приведет к изменению тока в статоре I"(Ф"я) как по величине, так и по фазе. Таким образом, изменение тока возбуждения генератора, работающего на мощную сеть, вызывает изменение реактивной составляющей тока в статоре, т. е. изменяем реактивную мощность, вырабатываемую генератором.

Для изменения активной мощности необходимо изменить вращающий момент первичного двигателя, приводящего во вращение ротор синхронного генератора. Под действием вращающего момента первичного двигателя М1 ротор машины с помещенными на ней полюсами приводится во вращение с числом оборотов в минуту n. Результирующее поле статора вращается в том же направлении с числом оборотов n1 =n (рис. 131, а). Следовательно, поле полюсов и результирующее поле статора вращаются синхронно, оставаясь неподвижными друг относительно друга, и между этими полями устанавливается взаимодействие. Магнитные линии, растягиваясь стремятся приблизить поле ротора к полю статора, создавая электромагнитный тормозной момент Мэ, уравновешивающий момент первичного двигателя.

При равновесии момент М1=МЭ угол между осями магнитных полей в остается неизменным.

Если увеличить момент первичного двигателя М’1 (рис. 131, б), то он окажется больше тормозного, и ротор, получив некоторое ускорение, начнет перемещаться относительно поля статора, вращающегося с постоянной скоростью (частота тока сети постоянна). При этом угол между осями магнитных полей ротора и статора 61 увеличится, и магнитные линии, растягиваясь в большей степени, увеличат тормозной электромагнитный момент М’э так, что вновь восстановится равновесие моментов, т. е. М1 = Мэ. Для включения генератора в сеть необходимо:

1) одинаковое чередование фаз в сети и генераторе;

2) равенство напряжения сети и э. д. с. генератора;

3) равенство частот э. д. с. генератора и тока сети;

4) включать генератор в тот момент, когда э. д.с. генератора в каждой фазе направлена встречно напряжению сети.

Невыполнение этих условий ведет к тому, что в момент включения генератора в сеть возникают токи, которые могут оказаться большими и опасными для генератора. При включении генераторов в сеть используют специальные устройства — синхроноскопы. Простейшим синхроноскопом являются три лампы накаливания, включаемые между зажимами генератора и сети. Лампы должны быть рассчитаны на двойное напряжение сети и до включения генератора будут одновременно загораться и погасать.

В момент, когда э. д. с. генератора равна и направлена встречно напряжению сети, лампы погаснут, так как напряжение на лампе равно нулю. При погасании ламп замыканием рубильника генератор включается в сеть.

До включения генератора в сеть э. д.с. его измеряется вольтметром и регулированием тока возбуждения устанавливается равной напряжению сети. Частота э. д.с. генератора регулируется изменением скорости вращения первичного двигателя.

§ 103. СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Синхронный двигатель не имеет принципиальных конструктивных отличий от синхронного генератора. Так же как и в генераторе, на статоре синхронного двигателя помещается трехфазная обмотка, при включении которой в сеть трехфазного переменного тока будет создано вращающееся магнитное поле, число оборотов в минуту которого

На роторе двигателя помещена обмотка возбуждения, включаемая в сеть источника постоянного тока. Ток возбуждения создает магнитный поток полюсов. Вращающееся магнитное поле, полученное токами обмотки статора, увлекает за собой полюса ротора. При этом ротор может вращаться только с синхронной скоростью, т. е. со скоростью, равной скорости вращения поля статора. Таким образом, скорость синхронного двигателя строго постоянна, если неизменна частота тока питающей сети.

Основным достоинством синхронных двигателей является возможность их работы с потреблением опережающего тока, т. е. двигатель может представлять собой емкостную нагрузку для сети. Такой двигатель повышает соз  всего предприятия, компенсируя реактивную мощность других приемников энергии.

Так же как и в генераторах, в синхронных двигателях изменение реактивной мощности, т. е. изменение соs , достигается регулированием тока возбуждения. При некотором токе возбуждения, соответствующем нормальному возбуждению, соs=1. Уменьшение тока возбуждения вызывает появление отстающего (индуктивного) тока в статоре, а при увеличении тока возбуждения (перевозбужденный двигатель) — опережающего (емкостного) тока в статоре.

Достоинством синхронных двигателей является также меньшая, чем у асинхронных, чувствительность к изменению напряжения питающей сети. У синхронных двигателей вращающий момент пропорционален напряжению сети в первой степени, тогда как у асинхронных— квадрату напряжения.

Вращающий момент синхронного двигателя создается в результате взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем полюсов. От напряжения питающей сети зависит только магнитный Поток поля статора.

Синхронные двигатели выполняют преимущественно с явно Сраженными полюсами, и работают они в нормальном режиме при опережающем соs =0,8. Возбуждение синхронные двигатели получают либо от возбудителя, либо от сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители.

Пуск в ход синхронного двигателя непосредственным включением его в сеть невозможен, так как при включении обмотки статора в сеть создается вращающееся магнитное поле, а ротор в момент включения неподвижен, и следовательно, взаимодействия магнитных полей статора и ротора нет, т. е. двигатель не развивает вращающего момента. Поэтому для пуска в ход двигателя необходимо предварительно увеличить число оборотов ротора его до синхронной скорости или близкой к ней.

В настоящее время исключительное применение имеет так называемый асинхронный пуск синхронных двигателей, сущность которого заключается в следующем. В полюсных наконечниках ротора синхронного двигателя укладывается пусковая обмотка, выполненная в виде беличьего колеса, наподобие короткозамкнутой обмотки ротора асинхронной машины.

fiziku5.ru