Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Двигатели постоянного тока применяют и для приведения в действие различных механизмов в системах автоматики, обеспечивающих . работу радиоустройств. Применяют их и в аналоговых вычислительных устройствах. Широкяй диапазон изменения частоты двигателя с последовательным возбуждением хорошо используется в установках электрической тяги. Малая его скорость под большой нагрузкой и значительный пусковой момент позволяют избежать применения коробки передач, необходимой для редуцирования оборотов прочих двигателей. Серьезным недостатком машин постоянного тока является значительный уровень радиопомех. Искрение под щетками, возникающее при переходе их с одной пластины коллектора на другую, и ряд дру-- гих явлений приводят к появлению в сети интенсивных высокочастотных составляющих напряжения с весьма широким спектром. Эти составляющие напряжения и создают помехи радиоприему.
Для уменьшения уровня помех каэкдую из машин постоянного тока включают а сеть через довольно сложный фильтр. Двигатели постоянного тока небольшой мощности могут работать и от сети перемениога напряжения промышленной частоты, обеспечивая при этом меньший момент на валу. Такая универсальность двигателя постоянного тока связана с тем, что при одновременном изменении направления тока возбуждения и направления тока якоря не меняется направление вращения последнего. Такие двигатели широко применяют в бытовых электроприборах. Глава !'т' Электрические машины переменного тока $4.1. Устройство машин переменного тока Основными частями машины п е р е и е и н о г о т ок а являются с т а т о р и р о т о р.
Они набираются, как и сердечник трансформатора, из тонких изолированных листов электротехнической стали. Набор сердечника статора ! осуществляется из колец, а сердечника ротора 4 — из дисков (рис. 4.1, а). В пазы, имеющиеся как на статоре 2, так и иа роторе 3, укладываются обмотки (подшипниковый щит обозначен 5).
Сердечник статора (рис. 4.1, б) помещается в корпусе машины, ротор укрепляется на валу б и приводится во вращение. Устройство генераторов и двигателей переменного тока в основном одинаково. В соответствии с принципом обратимости одна и та же машина может работать и как генератор, и как двигатель. г а) Рис. 4Д Работа многофазных машин переменного тока основана на использовании вращающегося магнитного поля. В синхронных генераторах такое поле создается ротором, являющимся либо постоянным магнитом, либо электромагнитом. Рассмотрим получение многофазных переменных токов на примере трехфазного синхронного генератора (рис. 4,2).
Обмотка приведен- Рис. 4.2 ного на рис. 4.2, а неявнополюсного статора состоит из трех самостоятельных групп (фаз) А, В и С. Эти группы расположены на статоре под углом 120' друг к другу. Ротор машины с неявными полюсами (рис. 4.2, б) представляет собой электромагнит со специальной формой полюсных наконечников. Питание на него подается от источника постоянного тока через коллектор, состоящий из двух неразрезных колец, бо При вращении ротора в активных проводниках обмоток статора, уложенных в пазы, наводятся э. д.
с. Лобовые соединения обмоток статора выполняют так, чтобы наводимые в каждом из вптков катушек э, д, с. складывались, Для этого витки должны охватывать ротор. Так, в группе обмоток А, состоящей из трех катушек, активные стороны витков первой катушки уложены в пазы !8 и !1, активные стороны второй катушки, расположенной по диаметру, уложены в пазы ! и !О, а активные стороны третьей катушки — в пазы 2 и 9. Все эти три катушки соединяются последовательно. В группах В и С укладка и соединение катушек аналогичны. Конструкция статора машины имеет центральную симметрию.
Во всех трех группах обмоток при вращении ротора наводятся одинаковые как по форме, так и по величине э. д, с. Отличаются эти 'э. д. с. лшпь фазами. Поэтому группы обмоток А, В и С называют фазами генератора. . Частота э. д. с. каждой из фаз определяется частотой вращения ротора и числом пар магнитных полюсов на нем. При двухполюсном роторе, изображенном на рис. 4.2, период наводимых в обмотках статора э. д. с.
равен времени, затрачиваемому ротором .на один оборот. При двух парах полюсов на роторе (крестообразный ротор)- частота э. д. с. в два раза больше и т. д. По виткам обмотки ротора протекает постоянный ток, вызываемый внешней постоянной э. д. с., подводимой к обмотке ротора через щетки и коллектор. Магнитное поле, создаваемое током обмотки ротора в воздушном зазоре между ротором и статором, неравномерно. Большая плотность линий магнитной индукции, показанных тонкими линиями на рис.
4.2, б, соответствует углам и = ~~/2, а углам а = О и и соответствует индукции, равная нулю. Если распределение индукции В магнитного поля, создаваемого ротором, вдоль окружности внутреннего цилиндра статора, по которой расположены активные проводники обмоток, гармоническое, то при исходном вертикальном положении ротора В(а) =Ве,з)па, (4.1) где угол а, определяющий координаты точек окружности, 'отсчитывается от горизонтальной оси (рис. 4.2). При вращении ротора против часовой стрелки с угловой скоростью ее индукция в каждой из точек, лежащей на окружности, будет меняться во времени по закону В (а, ы!) = В,е з(п (а — сс!). (4.
2) Магнитный поток, пронизывающий витки )-й катушки, которая расположена под углом и, к горизонтальной оси и смещена относительно диаметра так, что радиусы, проведенные к ее активным проводникам, образуют с диаметром углы а~ (рис. 4.3) с+и — ее Ф, = !г ~ В(а,и!) е(а =- Ф„соз а~сох(а, — еэ!), (4.3) а +е~ ел= Е з!оси(; ев = Е ып (ы( — 120'); ес = Е„, ы п (си! — 240'). (4.4) (4.10) гл = 7,„з!п си(; гв = /,„з!и (св! — 120'); г'с = 7„, з и (ы1 — 240'), Ф(~ ю,) е (~ — г, ~4.5) ц=! (4.11) Рис.
4.3 (4.7) Рис. 4,4 Рис. 4.5 Теперь (4.5) может иметь вид (4.8) е, = Е ы'п (в1 — аг). 52 55 где ! — активная длина проводников обмотки; г — радиус внутреннего цилиндра статора; Ф„= ~ 1В (а) г г(а — магнитный поток ротора. о Наводимая э. д. с. в г'-й катушке, число витков в которой гв, ег = — ш — „' '= шмФ сои а; з(п (си! — а,). гквг, В фазе обмотки статора'разовьется гармоническая э. д. с. с частотой ы, фазовым сдвигом а, и амплитудой, равной сумме амплитуд э.
д. с. в каждой из составляющих ее катушек, т. е. где йг — число катушек, входящих в одну группу, образующую обмотку фазы. Если представить сумму в (4.5), как произведение числа катушек в фазе на некоторый коэффициент /г„называемый коэффициентом обмотки, тоИг, = ~ соз еь (4,6) Для обмотки, изображенной иа рис. 4.2, где йг = 3, угол а; = 20', коэффициент й,=(1+2 соз 20')73 = 0,96. Для действующего значения этой гармонической э. д.
с. в соответствии с последним выражением найдем Е = Е„Я 2 =(2п)~Г2) гв11(в,Ф,„=.4гв!1гй,ЯФ, (4.9) где ггф — — 1,1! — коэффициент формы для гармонического напряжения. Сравнив полученное выражение с (1.11), отметим совпадение результатов, так как оба выражения определяют э. д.
с., наводимую в катушке изменяющимся во времени по гармоническому закону магнитным потоком. В трансформаторе изменение магнитного потока вызывается переменным напряжением сети, а а обмотках статора машины — вращением ротора. Важно отметить, что фаза э. д.
с., получаемой в группе катушек, определяешься углом а„т. е. расположением их обмоток на статоре. В рассматриваемом генераторе группы катушек расположены под селом 120' по отношению друг к другу и поэтому в ннх создадутся д,.с., отличающиеся по фазе на 120' (рис. 4.4): Вти э. д. с. и создают токи в нагрузке генератора. Перейдем теперь к двигателям переменного тока. Если пропустить по обмоткам статора машины трехфазные токи: то получим на основе принципа обратимости в воздушном зазоре машины такой же магнитный поток, как и создаваемый вращающимся ротором в генераторе, т. е.
магнитный поток, постоянный по амплитуде и вращающийся со скоростью си. Чтобы убедиться в этом, подсчитаем проекции суммарного магнитного потока, создаваемого обмотками всех трех фаз статора, на вертикальную и горизонтальную оси. Магнитный поток каждой из фаз будет пульсировать во времени с частотой ы, причем эти пульсации в отсутствие насыяцения стали машины будут происходить по гармоническому закону, определяемому током соответствующей фазы. Таким образом, для трех магнитных потоков, пульсирующих вдоль осей смещенных по отношению друг к другу в пространстве иа 120' (рис.
4.5), получим: Фл = — Ф з!и гвг; Фв = — Ф„ып (сз! — 1'20'); (4.12) Фс = — Ф„ып (си! — 240'). Для проекции вектора суммарного поля на вертикальную ось "олучим Ф„=+ Фл — (Фв+Фс) ып30'= — 1,5Ф„,ыпоМ. (4,13) Проекция вектора суммарного поля на горизонтальную ось буде Фг = — Фв соз 30'+ Фс соь 30' = — 1,5Ф,„соз ой (4.! 4) Эти две составляющие определяют вектор с амплитудой 1,5Ф вращающийся с угловой скоростью а против часовой стрелки.
ПР„ а( = 0 вектор суммарного поля направлен влево по оси х. Поместив в пространство между полюсамп статора закрепленный иа вращающейся оси электромагнит, получим синхронный двигатель Электромагнит, ориентируясь по полю создаваемым статором, будет вращаться с угловой скоростью о, с его вала можно будет снимать неко. торую механическую энергию. При частоте тока питающей сети 50 Гц ротор трехфазного синхронного двигателя вращается со скоростью 3000 об/мин. Если источник, возбуждающий ток в обмотке электромагнита (ротора), отключить н замкнуть ее накоротко, то получим асинхронный двигатель. Появление вращающсго момента в асинхронном двигателе можно объяснить следующим; воздействующий на обмотку ротора суммарный вращающийся ~г аг магнитный поток всех трех полюсов (пер- вичный) возбуждает в ее витках гармони(рг слг ческую э.
д. с., действующее значение-которой в соответствии с (4.9) Ег = 4«ггр(«Д1,5Ф . (4.15) (рп Рис. 4.6 Частота наводимой в роторе э. д. с. зависит от скорости вращения ротора, При неподвижном роторе круговая частота а, равна частоте враще. ния магнитного поля а. Если же ротор вращается со скоростью ор, то 2лгг= а ~а„ (4. 15) где знак «минуср соответствует вращению ротора вслед за вектором первичного магнитного поля, а знак «плюср — вращению в противоположном направлении. Переменный ток г„вызываемый э. д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
