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.
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.
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
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.
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.
ПУСК СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней части, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.
Пуск синхронного двигателя по средствам вспомогательного двигателя. Процесс протекает аналогично процессу включения синхронного генератора на параллельную работу ротор возбужденного синхронного двигателя посредствам вспомогательного (пускового) двигателя приводится во вращение, разгоняется до синхронной частоты вращения и с помощью синхронизирующего устройства подключается к сети. Затем вспомогательный двигатель отключают. Обычно мощность вспомогательного двигателя составляет 5-15% от мощности синхронного двигателя. Это позволяет пускать синхронные двигатели либо без нагрузки, либо при малой нагрузки на валу. Применение вспомогательного двигателя мощностью, достаточной для пуска синхронного двигателя под нагрузкой нецелесообразно, так как при этом установка получается громоздкой и неэкономичной.
В качестве вспомогательного двигателя обычно применяют асинхронный двигатель с фазным ротором при числе полюсов 2p. Это делается для того, чтобы можно было ротор двигателя привести во вращение с частотой близкой к синхронной. Для регулировки частоты вращения в цепь ротора синхронного двигателя включают регулировочный реостат. В настоящее время описанные способ пуска имеет ограниченное применение.