Дипломная работа: Технічне обслуговування й ремонт електричних машин
При підготовці дипломної роботи використовувалася література наступних авторів Копилов И.П. «Електричні машини», Клокова Б. К. «Довідник по електричних машинах», Москаленко В.В. «Довідник електромонтера» і т.д.
Розділ 1. Загальні поняття й визначення електричних машин
1.1 Основні типи й класифікація електричних машин
Електричні машини - це електромеханічні перетворювачі, у яких здійснюється перетворення електричної енергії в механічну або механічної в електричну. Основна відмінність електричних машин від інших перетворювачів у тім, що вони оборотні, тобто та сама машина може працювати в режимі двигуна, переробляти електричну енергію в механічну, і в режимі генератора, переробляти механічну енергію в електричну.
По виду створюваного в машинах поля, у якому відбувається перетворення енергії, електричні машини підрозділяються на індуктивні, ємнісні й індуктивно-ємнісні. Сучасні широко застосовувані в промисловості й інших галузях народного господарства електричні машини - індуктивні. Перетворення енергії в них здійснюється в магнітному полі. Ємнісні електричні машини, хоча й були винайдені задовго до індуктивних, дотепер не знайшли практичного застосування через складність створення досить потужного електричного поля, у якому відбувається перетворення енергії. Індуктивно-ємнісні машини з'явилися лише в останні роки. Перетворення енергії в них відбувається в електромагнітному полі, і вони поєднують властивості індуктивних і ємнісних електричних машин. У практиці ці машини ще не застосовуються, тому в даній роботі розглядаються тільки індуктивні електричні машини, які надалі будуть називатися просто електричними машинами. [7, с. 6]
Для того щоб електрична машина працювала, у ній повинне бути створене обертове магнітне поле. Принцип утворення обертового поля у всіх машин той самий.
Найпростішою електричною машиною є ідеальна узагальнена електрична машина (мал. 1), тобто машина симетрична, ненасичена, що має гладкий повітряний зазор. На статорі й роторі такої машини розташовані по двох обмотки: wsб і wsв на статорі, wrб і wrв на роторі, зрушені в просторі відносно один одного на електричний кут, рівний 90°. Якщо до обмоток статора або ротора такої машини підвести струми, зрушені в часі на електричний кут 90°, то в повітряному зазорі машини буде обертове кругове поле. При симетричній синусоїдальній напрузі поле буде синусоїдальне, тому що ідеальна машина не вносить у зазор просторових гармонік. Всі реальні електричні машини в тім або іншому ступені відрізняються від ідеальної машини, тому що в повітряному зазорі реальної машини не можна одержати синусоїдальне поле.
Мал. 1. Узагальнена електрична машина
Для того щоб МДС, необхідна для створення магнітного поля, не була надмірно велика, статор і ротор електричної машини виконують із феромагнітного матеріалу, магнітна провідність якого в багато разів більше, ніж провідність неферомагнітного середовища (µст>>µ0). При цьому магнітні силові лінії поля замикаються по муздрамтеатрі машини й практично не виходять за межі її активних частин. Ділянки муздрамтеатру, у яких потік змінний, для зменшення втрат на вихрові струми й гістерезис виконують шихтованими з тонких аркушів електротехнічної сталі. Ділянки муздрамтеатру машин, у яких потік постійний (наприклад, полюси й станини машин постійного струму), можуть бути виконані масивними з конструкційної сталі. [7, с. 6]
Неодмінною умовою перетворення енергії є зміна потокосцепления обмоток залежно від взаємного положення її частин - статора й ротора. Ця умова може бути виконане при різних варіантах конструктивних форм муздрамтеатру й при різних конструкціях і розташуванні обмоток (мал. 2, а - г). Той або інший варіант вибирається залежно від роду живильного струму, найбільш зручного способу створення поля й типу машини. Для перетворення енергії в переважній більшості електричних машин використовується обертовий рух.
Електричні машини звичайно виконуються з одною обертовою частиною - циліндричним ротором і нерухливою частиною - статором. Такі машини називаються одномірними. Вони мають один ступінь волі. Майже всі випускаються промисловістю машини - одномірні із циліндричним обертовим ротором і зовнішнім нерухливим статором. [7, с. 7]
Електромагнітний момент в електричних машинах прикладений і до ротора, і до статора. Якщо дати можливість обертатися обом частинам машини, вони будуть переміщатися в протилежні сторони. У машин, у яких обертаються й ротор, і статор, два ступені волі. Це двомірні машини. У навігаційних приладах ротором може бути куля, що обертається щодо двох статорів, розташованих під кутом 90°. Такі машини мають три ступені волі. У космічній електромеханіці зустрічаються шестимерні електромеханічні системи, у яких і ротор, і статор мають по трьох ступеня волі.
Мал. 2. Основні конструктивні виконання електричних машин: а - асинхронна; б - синхронна; в - колекторна; г - індукторна
Знаходять застосування також електричні машини, у яких ротор (або й ротор, і статор) має форму диска. Такі машини називають торцевими.
Електричні машини крім обертального можуть мати й зворотно-поступальний рух (лінійні машини). У таких машинах статор і ротор розімкнуті й магнітне поле відбивається від країв, що приводить до перекручування поля в повітряному зазорі.
Крайовий ефект у лінійних електричних машинах погіршує їхні енергетичні показники. Низькі енергетичні показники обмежують застосування електричних машин зі зворотно-поступальним рухом.
Зі звичайної машини із циліндричним статором і ротором виходять машини із сегментним статором і лінійні (мал. 3). Якщо збільшити діаметр ротора сегментної машини нескінченно, одержимо лінійний двигун (мал. 3, б).
Лінійні двигуни постійний і змінний токи знаходять застосування в промисловості для одержання лінійних переміщень.
У генераторному режимі лінійні машини практично не застосовуються.
Мал. 3. Модифікація конструктивного виконання електричних машин: а - машина із сегментним статором; б - лінійний двигун; 1 - статор; 2 - ротор
У більшості типів електричних машин магнітне поле створюється змінними струмами обмоток статора й ротора. Однак існує клас машин, у яких поле створюється постійними струмами обмоток, розташованих тільки на статорі. Перетворення енергії в них відбувається за рахунок зміни магнітного потоку в повітряному зазорі через зміну його провідності при обертанні ротора. Ротор у таких машинах має яскраво виражені зубці, переміщення яких щодо статора викликає зміна магнітного опору на ділянках зазору й обмотки статора. Такі машини називають параметричними або індукторними. Конструктивні виконання індукторних машин досить різноманітні. Найбільше поширення одержала конструкція індукторної машини із двома роторами 1 і статорами 2 (мал. 4). Якщо ротори зрушені відносно один одного на електричний кут 90°, загальний магнітний опір машини під час обертання роторів не змінюється й в обмотці збудження 3, що харчується постійним струмом, не наводиться змінна напруги. Обмотки на роторах відсутні. При роботі машини з обмоток змінного струму 4, розташованих у пазах кожного статора, знімається напруга. Потік порушення замикається по корпусі статора й втулці ротора 5, насадженої на вал.
Залежно від роду споживаного або струму, що віддається в мережу, електричні машини підрозділяються на машини змінний і постійний токи. Машини змінного струму діляться на синхронні, асинхронні й колекторні.
Мал. 4. Індукторна машина із двома роторами
У синхронних машинах поле порушення створюється обмоткою, розташованої на роторі, що харчується постійним струмом. Обмотка статора з'єднана з мережею змінного струму. У звичайному виконанні машин обертовий ротор з обмоткою збудження розташовується усередині статора, а статор нерухливий. Звернена конструкція, при якій ротор з обмоткою збудження нерухливий, а обертається статор, у синхронних машинах зустрічається рідко через складність підведення струму до обертової обмотки змінного струму.
Ротор синхронної машини може бути полюсним, тобто з явно вираженими полюсами, що мають феромагнітні сердечники з насадженими на них котушками порушення. Ротори синхронних машин, розрахованих на частоту обертання 1500 і 3000 про/хв і вище, звичайно виконуються не явно полюсними. При цьому обмотка збудження укладається в профрезерованні в роторі пази. Обмотка змінного струму синхронних машин, як правило, розподілена, тобто розташована рівномірно по окружності внутрішнього діаметра статора в пазах його муздрамтеатру. [7, с. 7]