14. Регулювання швидкості обертання ротора

3 точки зору регулювання швидкості обертання ротора асин­хронний двигун гірший за двигуни постійного струму. Звичайно асинх­ронні двигуни застосовуються у нерегульованих приводах.

Двигун із фазним ротором регулюється введенням реостата. При цьому зменшуються оберти . Це дуже неекономічне, бо збільшу­ються втрати на додатковому опорі. Регулюючі реостати звичайно роз­раховують на тривалий режим роботи та регулюють оберти у діапазоні до трьох разів.

Згідно із співвідношенням  регулювати швидкість обертання ротора короткозамкненого двигуна можна двома способами. .

1. Зміною числа пар полюсів. Виводи котушок статорної обмотки перемикаються на клемній дошці. В залежності від їх перемикання змінюється число пар полюсів. Цей спосіб дає змогу регулювати обер­ти ступінчасте.

2. Зміною частоти живлячого струму. Звичайно частоту регулю­ють тиристорним перетворювачем частоти у межах f = 20...60 Гц.

Недоліком цього способу є необхідність вмикання додаткового при­ладу та невеликі границі регулювання.

Щодо реверсування (зміни напрямку обертання ротора), то необхідно змінити напрям обертання магнітного поля. Це можна здійсни­ти, якщо перемкнути два будь-які лінійні проводи, що з'єднують три­фазну мережу із статором двигуна.

Пуск асинхронного двигуна

У асинхронного двигуна не дуже добрі пускові характерис­тики. При пускові під повною напругою виникають значні струми в обмотці статора, що у кілька (6...7) разів перевершують номінальні. Це небезпечно і для двигуна, і для мережі змінного струму. Пусковий мо­мент двигуна звичайно малий, тому при пускові двигун треба розванта­жити. Задачу пуску розв'язують за допомогою штучного підвищення опору обмотки ротора. При цьому збільшується пусковий момент та зменшується пусковий струм.

Пуск двигуна із фазним ротором здійснюється введенням максимального опору реостата в обмотці фазного ротора. Після розго­ну ротора поступово зменшують опір реостата. Деколи використову­ють ступінчастий реостат (мають пусковий одатковий та робочий опір).

Пуск короткозамкненого двигуна полегшується спеціальною конструкцією ротора у двигуні з витісненням струму. У роторі і гли­боким пазом стержні «білячої клітини» виготовляються у вигляді пла­стини і вкладаються у глибокий паз осердя ротора. Розподіл струму за глибиною паза залежить від індуктивності окремих його чистин. Пото­козчеплення та індуктивність глибинної частини стержня більша за по­токозчеплення та індуктивність зовнішніх частин. Тому у момент пус­ку, коли частота струму у стержнях велика, індуктивний опір глибинних частин великий. Відбу­вається «витіснення» струму у верхню частину стержня

Пуск Робота Таким чином, збільшується активний опір «білячого колеса» при пускові, пол­іпшуються пускові характеристики. У номінальному режимі роботи двигуна частота струму у стержнях мала, про­цес «витіснення» відсутній, активний опір стержня зменшується.

Стержні ротора з глибоким па­зом можна виготовляти різної форми .

Ротор з подвійною «білячою клі­тиною» має два «білячих колеса». Верхня клітина виготовляєтся з латуні, нижня — із міді й має більший переріз. У момент пуску струм витискається у верхню, латунну клітину, що має вели­кий активний опір. Ця клітина нази­вається пусковою. В усталеному режимі працює нижня, робоча клітина із малим активним опором .У двигу­на з витісненням струму пусковий мо­мент може збільшуватись у три рази. Пусковий струм встановлюється у три-чотири рази більший, за номінальний.

За рахунок зниження напру­ги, що подається на обмотку статора, є змога зменшити пусковий струм. Зни­ження пускового струму спричиняє небажане зменшення і пускового моменту. Цей спосіб називається пуском при зниженій напрузі. Є кілька способів пуску при зниженій напрузі. Напругу зменшують або за допо­могою додаткового приладу, або методом перемикання обмоток:

1) пуск за допомогою реактивної котушки;

2) пуск за допомогою реостата (активного опору);

3) автотрансформаторний пуск;

4) пуск перемиканням котушок обмотки статора із «трикутника» (у номінальному режимі) на «зірку».

На жаль, усі ці способи знижують не тільки пусковий струм, а й пус­ковий, момент.

15. Синхронна машина - це електрична машина змінного струму, частота обертання ротора якої дорівнює частоті обертання магнітного поля в повітряному зазорі.

Основними частинами синхронної машини є якір і індуктор. Найбільш частим виконанням є таке виконання, при якому якір розташовується на статорі, а на відокремленому від нього повітряним зазором роторі знаходиться індуктор.

Якір являє собою одну або декілька обмоток змінного струму. У двигунах струми, що подаються в якір, створюють обертове магнітне поле, яке зчіплюється з полем індуктора, і таким чином відбувається перетворення енергії. Поле якоря надає дію на поле індуктора і називається тому також полем реакції якоря. У генераторах поле реакції якоря створюється змінними струмами, індукованих в обмотці якоря від індуктора.

Індуктор складається з полюсів - електромагнітів постійного струму або постійних магнітів (в мікромашин). Індуктори синхронних машин мають дві різні конструкції: явнополюсную або неявнополюсную. Явнополюсная машина відрізняється тим, що полюси яскраво виражені і мають конструкцію, схожу з полюсами машини постійного струму. При неявнополюсной конструкції обмотка збудження укладається в пази сердечника індуктора, вельми схоже на обмотку роторів асинхронних машин з фазним ротором, з тією лише різницею, що між полюсами залишається місце, незаповнені провідниками (так званий великий зуб). Неявнополюсние конструкції застосовуються в швидкохідних машинах, щоб зменшити механічне навантаження на полюси.

Принцип дії синхронного двигуна заснований на взаємодії обертового магнітного поля якоря і магнітного поля полюсів індуктора. Зазвичай якір розташований на статорі, а індуктор - на роторі. У потужних двигунах як полюсів використовуються електромагніти (струм на ротор подається через ковзний контакт щітка - кільце), в малопотужних - постійні магніти. Існує обернена конструкція двигунів, в якій якір розташований на роторі, а індуктор - на статорі (в застарілих двигунах, а також в сучасних кріогенних синхронних машинах, в яких в обмотках збудження використовуються надпровідники.)

Запуск двигуна. Двигун вимагає розгону до частоти, близькою до частоти обертання магнітного поля в зазорі, перш ніж зможе працювати в синхронному режимі. При такій швидкості обертове магнітне поле якоря зчіплюється з магнітними полями полюсів індуктора (якщо індуктор розташований на статорі, то виходить, що обертове магнітне поле обертового якоря (ротора) нерухомо щодо постійного поля індуктора (статора), якщо індуктор на роторі, то магнітне поле обертаються полюсів індуктора (ротора) нерухомо відносно обертового магнітного поля якоря (статора)) - це явище називається «вхід в синхронізм».

Для розгону зазвичай використовується асинхронний режим, при якому обмотки індуктора замикаються через реостат або накоротко, як у асинхронної машині, для такого режиму запуску в машинах на роторі робиться короткозамкнутая обмотка, яка також виконує роль заспокійливої ​​обмотки, устраняющей "розгойдування" ротора при синхронізації. Після виходу на швидкість близьку до номінальної (> 95%) індуктор заживлюємо постійним струмом.

У двигунах з постійними магнітами застосовується зовнішній розгінний двигун.

Часто на валу ставлять невеликий генератор постійного струму, який живить електромагніти.

Також використовується частотний пуск, коли частоту струму якоря поступово збільшують від 0 до номінальної величини. Або навпаки, коли частоту індуктора знижують від номінальної до 0, тобто до постійного струму.

Частота обертання ротора [об / хв] залишається незмінною, жорстко пов'язаної з частотою мережі [Гц] співвідношенням:

,

де - число пар полюсів ротора.

16. Електродвигун постійного струму — електрична машина постійного струму (електродвигун), що перетворює електричну енергію на механічну. Конструкція електродвигуна постійного струму така сама, як і генератора постійного струму. В електродвигуні явище електромагнітної індукції при взаємодії струму обмотки ротора (якоря) з основним магнітним полемзумовлює появу електромагнітного обертального моменту. Розрізняють е.п.с. з незалежним збудженням (напр., від генератора постійного струму) і зі збудженням залежним (самозбудженням). Потужність електродвигуна постійного струму — від часток вата до тисяч кіловат, ККД — від 0,02—0,03 до 0,93. Електродвигуни постійного струму дають змогу плавно і в широких межах регулювати частоту обертання, вдаючись до зміни струму в колі ротора за допомогою додаткового електричного опору, до зміни живильної напруги, а також до зміни магнітного потоку реостатом. Застосовують їх у промислових і транспортних електроприводах, пристроях автоматики, підйомних кранах, на прокатних станах тощо.

Принцип дії машин постійного струму

Електрична машина служить для перетворення механічної енергії в електричну, або, навпаки, електричної енергії в механічну, або ж для перетворення електричної енергії одного виду в електричну енергію іншого виду. Відповідно до цього електрична машина працює: у першому випадку - генератором, у другому - електродвигуном і в третьому - перетворювачем.

Принцип дії цієї машини базується на двох основних законах електрики й магнетизму, які діють у ній одночасно: законі електромагнітної індукції й законі електромагнітної взаємодії струму й магнітного поля. Закон електромагнітної індукції визначає величину і напрямок електрорушійної сили в контурі із провідників, які рухаються в магнітному полі. Закон електромагнітної взаємодії струму в провіднику і магнітного поля є основним для пояснення рухової дії електричної машини.

В електричній машині провідники рухаються перпендикулярно відносно магнітних ліній поля. Для визначення напрямку електрорушійної сили (е.р.с.), яка індукується у провіднику і механічної дії струму в ньому служать мнемонічні правила: правило правої руки - для визначення напрямку е.р.с. при нерухомому в просторі магнітному полі і провіднику, який рухається, і правило лівої руки - для визначення напрямку механічної дії струму при тій же умові.