Принцип дії[ред. • ред. Код]

Швидкість обертання ротора асинхронної машини завжди менша від швидкості обертового магнітного поля і визначається за формулою:

,

де   — частота змінного струму джерела живлення,   — кількість пар полюсів первинної обмотки,   — ковзання ротора,   — швидкість обертання магнітного поля.

При f = 50 Гц, ця швидкість може бути різною, наприклад, може дорівнювати 3000, 1500, або 1000 об/хв, залежно від кількості пар полюсів первинної обмотки (p = 1; p = 2; p = 3 і т. д.). Щоб досягти більшої швидкості обертання магнітного поля, первинну обмотку асинхронної машини живлять струмом підвищеної частоти (100—500 Гц). Швидкість обертання ротора асинхронної машини регулюють зміною частоти струму живлення, або зміною кількості пар полюсів первинної обмотки (ступінчасте регулювання), а також, зміною ковзання. Ковзання змінюють за допомогою активного опору, який вводять у вторинне коло асинхронної машини, каскадних схем, або способом зміни напруги, підведеної до первинної обмотки асинхронної машини.

Трифазну асинхронну машину, можна використовувати не тільки як асинхронний електродвигун, але й як генератор змінного струму, електромагнітне гальмо, перетворювач частоти, трансформатор з обертовим магнітним полем (див.Перетворювач частоти).

Застосування[ред. • ред. Код]

Застосування асинхронної машини як генератора дуже обмежене, оскільки треба мати джерело намагнічувального змінного струму, для утворення магнітного поля в машині. Крім того, важко регулювати напругу такого генератора. Асинхронні машини з живленням від однофазної мережі, широко застосовують у схемах автоматики і побутових приладах. Здебільшого, це двигуни малої потужності (мікродвигуни).

Особливістю однофазних асинхронних машин є наявність пускової обмотки, для утворення обертового магнітного поля під час пуску. Основні схеми їх такі:

1. схема з підвищеним активним опором пускової обмотки;

2. схема з увімкненою в коло пускової обмотки ємністю;

3. схема з екрануючим короткозамкненим витком на полюсі.

Трифазні асинхронні машини, в порівнянні з однофазними, мають кращі пускові та робочі характеристики і вищі економічні показники.

6.Гідравлічні машини та їх класифікація.

Гідравлі́чна маши́на (гідромаши́на) (рос. гидравлическая машина; англ. hydraulic machine; нім. Hydromaschine f) — енергетична машина, призначена для перетворення механічної енергії твердого тіла в механічну енергію рідини (або навпаки).

Гідравлічні машини — основний компонент гідроприводів.

Зміст

Види гідромашин[ред. • ред. Код]

Найпоширенішими різновидами гідравлічних машин є насоси і гідродвигуни.

Насосом називають пристрій, який перетворює механічну енергію обертання в гідравлічну енергію течії робочої рідини (ДСТУ 3063-95, ГОСТ 17398-72). Насос слугує для напірного переміщення (всмоктування, нагнітання) рідини в результаті надання їй енергії. Основне призначення насосів – підвищення повного тиску середовища, яке переміщується.

Гідродвигуном називають гідромашину для перетворення механічної енергії потоку рідини в механічну енергію вихідної ланки. За характером руху робочого органа гідравлічні двигуни поділяються на двигуни обертового руху (гідромотори), поступального руху (гідроциліндри), поворотного руху (поворотні гідродвигуни)

Насос-мотор може працювати як у режимі об'ємного насоса, так і в режимі гідродвигуна, що свідчить про оборотність гідравлічних машин.

По характеру силової взаємодії всі гідромашини (насоси і гідродвигуни) поділяються на динамічні і об'ємні.

В динамічній гідромашині силова взаємодія між робочим органом і рідиною відбувається у проточній частині, що є постійно сполучена із всмоктувальним і нагнітальним трубопроводами. До них належать лопатеві (радіальні, відцентрові, осьові) нагнітачі та нагнітачі тертя (вихрові, дискові, струминні та ін)

В об'ємній гідромашині процес відбувається в замкнених робочих об'ємах (робочих камерах), котрі поперемінно рідина заповнює та витісняється з них і при цьому робочі камери сполучаються з вхідним чи вихідним трубопроводами відповідно. Це безроторні зворотно-поступальні (діафрагмові, поршневі) і роторні (аксіально- та радіально-поршневі, шиберні, зубчасті, ґвинтові та ін.) гідромашини.

19 Переваги відцентрових насосів перед поршневими:

- висока продуктивність і рівномірна подача;

- компактність і швидкість (можливість безпосереднього приєднання до електродвигуна);

- простота пристрою, що дозволяє виготовляти їх з хімічно стійких, що важко піддаються механічній обробці матеріалів;

- можливість перекачування рідин, що містять тверді зважені частки, завдяки більшим зазорам між лопатками й відсутності клапанів;

- можливість встановлення на легких фундаментах.

Однак відцентрові насоси невеликої й середньої продуктивності мають ККД на 10-15% нижче, ніж поршневі. Це обумовлено наявністю більших зазорів між порожнинами усмоктування й нагнітання, через які можливий перетікання рідини, а також витратами енергії на побічні вихорі поблизу країв лопаток у зв’язку із обертанням з великою швидкістю робочого колеса, що перетворюється на тепло й розсіюється у навколишньому середовищі. Такі втрати різко зростають для високов'язких рідин, перекачування яких відцентровими насосами, внаслідок різкого зниження ККД, є економічно невигідним.

До недоліків відцентрових насосів варто віднести досить низький напір, а також зменшення продуктивності при збільшенні опору мережі й різке зниження ККД при зменшенні продуктивності.

Поршневі насоси доцільно застосовувати при порівняно невеликих подачах і високих тисках, для перекачування високов'язких, вогне- і вибухонебезпечних рідин, а також при дозуванні рідких середовищ.

В області більших подач (до 1500 м /хв.) при невеликих напорах (до 10-15 м) застосовують пропелерні насоси, що відрізняються високим гідравлічним ККД, компактністю й швидкістю. Ці насоси придатні для перекачування забруднених рідин, що кристалізуються.

Гвинтові насоси можуть бути використані для перекачування високов'язких рідин, палива, нафтопродуктів.

Позитивними якостями гвинтових насосів є:

- швидкість,

- компактність,

- безшумність.

Продуктивність гвинтових насосів практично не змінюється при зміні тиску. ККД цих насосів досить високий.

Область застосування одногвинтових насосів обмежена продуктивністю 3,6-7 м /год. і тиском 10-25 ат. Одногвинтові насоси використовують для перекачування забруднених і агресивних рідин, розчинів і пластмас із високою в'язкістю.

Пластинчасті насоси застосовують для переміщення чистих, не маючих твердих домішок рідин при середньому виробництві і напорі.

Для перекачування грузлих рідин, що не містять твердих домішок, при невеликих подачах (не вище 5-6 м /год.) і високих тисків (100-150 ат) використовують шестеренні насоси.

Вихрові насоси застосовують для переміщення чистих малов’язких рідин з невеликими подачами (до 40 м /ч) і порівняно високими напорами (до 250 м), що у кілька разів переважають напори відцентрових насосів.

Позитивними якостями вихрових насосів є:

- простота конструкції,

- компактність,

- можливість одержання більш високого напору, ніж у відцентрових насосах.Недоліком вихрових насосів є низький ККД ( = 20-50%), що обумовлено значними втратами при переносі енергії вихорами, а також непридатність для перекачування грузлих рідин і рідин, що містять тверді суспензії.

Струминні насоси, повітряні підйомники використовують у виробництвах, де наявність частин, що рухаються й труться неприпустимо. Струминні насоси можна застосовувати лише в тих випадках, коли припустиме змішування перекачуваної рідини з робочою. Струминні насоси, повітряні підйомники можуть бути виготовлені з хімічно стійких матеріалів, але мають низький ККД.

У динамічних насосах рідина переміщується під впливом сил на незамкнений обсяг рідини, що безупинно відбувається із входом у насос і виходом з нього.

У лопатевих насосах енергія передається рідині при обтіканні лопат обертового робочого колеса насоса.

У відцентрових насосах рідина рухається від його центра до периферії.

В осьових насосах рідина рухається в напрямку вісі колеса.

У насосах тертя рідина переміщається під впливом сил тертя.

В об'ємних насосах рідина переміщається (витісняється) при періодичній зміні замкнутого обсягу рідини, що періодично повідомляється із входом у насос і виходом з нього.

У поршневих, плунжерних, діафрагмових насосах рідина витісняється тілом, що рухається поступально.

У шестеренних, пластинчастих, гвинтових насосах рідина витісняється тілом, що робить обертові рухи.

20 Об'ємні насоси — це насоси, в яких рідина переміщається за рахунок періодичної зміни об'єму робочої камери, що поперемінно сполучається з вхідним і вихідним патрубками насоса.

В об'ємних насосах силова взаємодія робочого органа з рідиною відбувається в замкнутих обсягах (робочих камерах), які поперемінно повідомляються з порожнинами усмоктування й нагнітання. Робоча камера є найважливішим елементом об'ємного насоса. При роботі насоса ця камера спочатку заповнюється рідиною (усмоктування), а потім рідина витісняється з неї (нагнітання). Цей процес повторюється багаторазово. Робочий орган, що забезпечує заповнення робочої камери рідиною, а потім витісняє її, називають витискувачем. Найпоширенішим витискувачем є поршень. Як було відзначено вище, робоча камера з'єднується з порожнинами усмоктування й нагнітання поперемінно. Це приводить до властивостей, характерним для об'ємних насосів і вони відрізняють їх від динамічних насосів. Першою із цих властивостей є герметичність, тому що практично у всіх об'ємних насосів робоча камера на будь-який момент часу з'єднана або з порожниною усмоктування, або з порожниною нагнітання, тому ці трубопроводи також розділені. Відділення усмоктувальної порожнини насоса від напірного трубопроводу призводить до можливості створення в ній досить значного розрідження. Останнє дозволяє перед початком нагнітання забезпечити підйом рідини в усмоктувальному трубопроводі до рівня насоса й заповнити цей трубопровід рідиною. Дану властивість називають самоусмоктуванням. Слід зазначити, що висота усмоктування в цьому випадку обмежується тиском насичених пар даної рідини. До об'ємного відноситься велика кількість насосів різних типів: поршневі, плунжерні, діафрагмові, гвинтові, шестеренні. Найпоширенішими з об'ємних насосів є поршневі й плунжерні. У системах водопостачання й каналізації поршневі насоси в цей час застосовуються відносно мало: для підйому води зі шпар малого діаметра, для перекачування грузлих рідин, наприклад осаду з первинних відстійників, а також як дозувальні насоси. [6] Поршневі й плунжерні насоси відносяться до зворотно-поступальних. Пристрій і принцип роботи поршневого насоса однобічної дії можна зрозуміти з (рис.1). Такий насос складається з робочої камери 1 з усмоктувальними й напірним клапанами ВК і НК і циліндра 2 з поршнем 3, що робить зворотно-поступальний рух. До робочої камери приєднані усмоктувальні й напірний трубопроводи. За один цикл, тобто за один поворот вала 4 із кривошипом 5 у циліндр засмоктується, а потім виштовхується обсяг рідини, рівний:

V = FS (2.1)

де, S і F — хід і площа поршня

В плунжерному насосі двосторонньої дії (рис.2) обидві порожнини поршня є робітниками, і за один хід поршня в прямому напрямку одночасно відбувається усмоктування й нагнітання рідини. Ці ж процеси повторюються й при ході поршня у зворотному напрямку.

При тих самих площах поршня F, однаковому ході S і постійній кількості ходів в одиницю часу подача насосів двосторонньої дії в 2 рази більше подачі насосів однобічної дії. Крім того, насоси двосторонньої дії забезпечують більш рівномірну подачу рідини.

Рис.1. Поршневий насос однобічної дії Рис. 2. Плунжерний насос двосторонньої дії

21 При роботі машини в режимі двигуна напрям кутової швидкості обертання якоря визначається напрямом електромагнітного моменту М двигуна. При усталеному режимі роботи момент М двигуна врівноважується статичним моментом опору Мс, який виникає на валу двигуна під дією робочої машини. Якщо машина працює в режимі двигуна – статичний момент Мс є гальмівним і направлений назустріч напряму обертання якоря.

Електромагнітний момент двигуна

                                                                                                (2.36)

є рушійним і діє в напрямі обертання, витрачається на зрівноваження гальмівних моментів:

1) моменту М0, який відповідає втратам рмг, рд, рмх, що покривається за рахунок механічної потужності;

2) Mв – моменту навантаження на валу, створюваного робочою машиною або механізмом;

2) Мдин – динамічного моменту.

При цьому

                                                                                                (2.37)

Таким чином,

                                                                            (2.38)

або

                                           ,                                         (2.39)

де

                                                                                       (2.40)

є статичним моментом опору.

При усталеному режимі роботи, коли n = const і Мдин = 0,

                                                                                                (2.41)

Корисний обертовий момент двигуна М (Н×м) може бути виражений через корисну потужність Р2 (кВт) і частоту обертання n (об/хв):

                                                                                         (2.42)

Регулювання частоти обертання порушенням симетрії підведеної напруги. При порушенні симетрії трифазної системи напруг обертове поле статора стає еліптичним. При цьому воно приймає зворотню складову, яка створює момент, напрямлений зустрічне електромагнітному моменту двигуна, що веде до зменшення результуючого моменту. Недоліки цього метода — вузька зона регулювання і погіршення ККД двигуна по мірі збільшення несиметрії напруги.

Регулювання частоти обертання зміною активного опору в колі ротора. Цей спосіб можливий лише в асинхронних двигунах з фазним ротором.Кінці фаз обмотки ротора у цих двигунах через контактні кільця і щітки виведені ззовні, що дає можливість ввімкнути послідовно з обмоткою ротора регулюючий реостат Rдод і з його допомогою змінювати активний опір кола ротора.

Регулювання частоти обертання зміною частоти струму (частотне регулювання). Цей спосіб регулювання полягає на зміні синхронної частоти обертання, величина якої пропорційна частоті струму в обмотці статора (n1≡f1). Для здійснення такого регулювання необхідне джерело живлення двигуна з регулюючою частотою струму f1. В якості джерела можуть використовуватися електромашинні і напівпровідникові перетворювачі частоти.

Регулювання частоти обертання зміною кількості полюсів обмотки статора. Цей спосіб регулювання дає стуїгінчату зміну частоти обертання. Він може відбуватися двома шляхами, але тільки в двигунах з короткозамкненим ротором.

Перший спосіб полягає в тому, що в пази вкладають дві електричко не пов’язані обмотки з різною кількістю пар полюсів, наприклад, обмотка з р=1 (n1=3000 об/хв) і обмотка з р=2 (n1=1500 об/хв). Вмикаючи в мережу різні обмотки, змінюють і частоту обертання двигуна.

Другий спосіб передбачає розміщення на статорі однієї обмотки, схема якої дозволяє шляхом перемикань змінювати число пар полюсів

22 В синхронних машинах ротор обертається синхронно з магнітним полем статора. Дані машини використовуються як джерела електричної енергії (генератори), електродвигуни і синхронні компенсатори. Синхронні машини, як і інші електричні машини, оборотні, тобто вони можуть працювати як в руховому, так і генераторному режимах. Однак електропромисловість випускає синхронні машини, призначені для роботи тільки в генераторному або тільки в руховому режимі, так як особливості роботи машини в тому чи іншому режимі висувають різні вимоги до конструкції машини

В синхронній машині швидкість обертання ротора постійна і дорівнює швидкості обертання магнітного поля статора:

n = 60ּf / p,

де f – частота струму мережі живлення;

р – число пар полюсів обмотки статора машини.

При навантаженні синхронного генератора по обмотці статора (гкоря) проходить струм /, який створює свій магнітний потік, який чинить значний вплив на магнітне поле машини в цілому,змінюючи його по величині або спотворюючи його розподіл. Така дія магнітного потоку статора (якоря) на потік полюсів ротора називається реакцією якоря.

Для забезпечення навантаження синхронного генератора необхідно збільшити момент обертання, прикладений до його валу з боку допоміжного двигуна постійного струму ДП шляхом зменшення його струму збудження.При змінах навантаження синхронного генератора порушується рівність між потужністю первинного двигуна і потужністю генератора.

Навантаження синхронних генераторів змінюється відповідно до графіка навантаження електростанцій.

Зміна навантаження синхронного генератора викликає зміна напруги на його затискачах. Зміна напруги відбувається під впливом реакції якоря, що впливає на основний магнітний потік.

23 Однофазні асинхронні двигуни – це звичайні двигуни невеликої потужності, які широко використовуються в пристроях автоматики і різних побутових приладах. За конструкцією вони майже не відрізняються від трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором.

Однофазні асинхронні електродвигуни на відміну від трифазних електродвигунів мають на статорі однофазну обмотку. Ротор однофазного двигуна має короткозамкнену обмотку. Оскільки однофазний струм не створює магнітного поля, що обертається, отже однофазні двигуни не мають початкового або пускового моменту, що обертає. Для створення пускового моменту на статорі двигуна розташовують другу, так звану пускову обмотку, зрушену щодо робочої обмотки на кут 90о С. Обидві обмотки харчуються від мережі однофазного струму. Для створення зрушення фаз між струмами обох обмоток включається великий активний опір або ємкість. Пускова обмотка включається тільки на час пуску, і після того, як двигун розвинув нормальну швидкість обертання, вона за допомогою рубильника До відключається від мережі. Двигун продовжує працювати з однією робочою обмоткою. Однофазні асинхронні двигуни в порівнянні з трифазними двигунами мають наступні недоліки:

•    відсутність початкового пускового моменту; •    мала перевантажувальна здатність; •    нижчий ККД; •    менший коефіцієнт потужності (cos φ).

Однофазні асинхронні електродвигуни випускаються на незначні потужності.

24 Залежно від характеру теплового процесу парові турбіни поділяються на 3 основні групи: конденсаційні, теплофікаційні та турбіни спеціального призначення. Також за типом ступенів турбін вони класифікуються як активні та реактивні. Конденсаційні парові турбіни Конденсаційні парові турбіни служать для перетворення максимально можливої частини теплоти пари в механічну роботу. Вони працюють з випуском (вихлопом) відпрацьованої пари в конденсатор, в якому підтримується вакуум (звідси виникло найменування). Конденсаційні турбіни бувають стаціонарними і транспортними. Стаціонарні турбіни виготовляються на одному валу з генераторами змінного струму. Такі агрегати називають турбогенераторами. Теплові електростанції, на яких встановлені конденсаційні турбіни, називаються конденсаційними електричними станціями ( КЕС). Транспортні парові турбіни використовуються як головних так і в допоміжних двигунах на кораблях і суднах. Неодноразово робилися спроби застосувати парові турбіни на локомотивах, проте паротурбовози поширення не отримали. Для з'єднання швидкохідних турбін з гребними гвинтами, які вимагають невеликої (від 100 до 500 об / хв) частоти обертання, застосовують зубчасті редуктори. На відміну від стаціонарних турбін (крім турбовоздуходувок), суднові працюють зі змінною частотою обертання, що визначається необхідною швидкістю ходу судна. Теплофікаційні парові турбіни Теплофікаційні парові турбіни служать для одночасного отримання електричної та теплової енергії. Але основний кінцевий продукт таких турбін - тепло. Теплові електростанції, на яких встановлені теплофікаційні парові турбіни, називаються теплоелектроцентралями ( ТЕЦ). До теплофікаційних парових турбін відносяться турбіни з протитиском, з регульованим відбором пари, а також з відбором і протитиском. У турбін з відбором і протитиском частина пари відводиться з 1 або 2 проміжних ступенів, а вся відпрацьована пара прямує з випускного патрубка в опалювальну систему або до мережевого підігрівача. Парові турбіни спеціального призначення Парові турбіни спеціального призначення зазвичай працюють на теплі металургійних, машинобудівних, і хімічних підприємств. До турбін спеціального призначення відносяться приводні турбіни різних агрегатів, що вимагають високої потужності приводу. Наприклад живильні насоси потужних енергоблоків електростанцій, нагнітачі і компресори газокомпресорних станцій і т. д. Зазвичай стаціонарні парові турбіни мають нерегульовані відбори пари із ступенів тиску для регенеративного підігріву живильної води. Парові турбіни спеціального призначення не будують серіями, як конденсаційні і теплофікаційні, а в більшості випадків виготовляють за окремими замовленнями.