Классификация электрических машин

Электрические машины — это устройства преобразующие механическую энергию в электрическую и наоборот, а так же машины преобразующую электрическую энергию одних параметров в электрическую энергию других параметров.

Классификация электрических машин по назначению:

• генераторы
• двигатели
• тахогенераторы (для преобразования частоты вращения в электрический сигнал)
• электромашинные усилители (усилители мощности электрических сигналов)
• синхронные компенсаторы (для повышения коэффициента мощности)
• индукционные регуляторы (для регулирования напряжения переменного тока)
• сельсины (для получения электрических сигналов, пропорциональных углу поворота вала)
• и т. п.

Классификация электрических машин по принципу действия :

Все электрические машины разделяются на коллекторные и бесколлекторные.

Бесколлекторные машины — это машины переменного тока — асинхронные и синхронные.

Коллекторные машины используют главным образом для работы на постоянном токе в качестве генераторов или двигателей. Лишь коллекторные машины небольшой мощности делают универсальными двигателями, способными работать как от сети постоянного, так и переменного тока.

На рисунке представлена диаграмма классификации электрических машин, содержащая основные их виды, получившие наибольшее применение в современной электроэнергетике.

Классификация электрических машин по назначению:

• общего
• специального — выполненных с учетом специальных требований.

Классификация электрических машин по мощности:

• большой — несколько сотен мегаватт
• средней — более 10 кВт
• малой — 0,5 — 10 кВт
• микромашины — меньше 0,5 кВт

Так же электрические машины одного принципа действия могут различаться схемами включения либо другими признаками, влияющими на эксплуатационные свойства этих машин. Например, асинхронные и синхронные машины могут быть трехфазными (включаемыми в трехфазную сеть) или однофазными. Асинхронные машины в зависимости от конструкции обмотки ротора могут быть с короткозамкнутым или фазным ротором. Синхронные машины и коллекторные машины постоянного тока в зависимости от способа создания в них магнитного поля возбуждения разделяют на машины с обмоткой возбуждения и машины с постоянными магнитами.

Принцип работы электрических машин

Классификация электрических машин

Классифицируют электрические машины по назначению, принципу действия и роду тока, мощности, по частоте вращения.

Классификация по назначению

Электрические машины по своему назначению подразделяют на:

• Электромашинные генераторы. Они выполняют преобразовании энергии механической (вращение) в электрическую. Они устанавливаются на электрических станциях, автомобилях, самолетах, тепловозах, передвижных электростанциях, кораблях и в других установках. На электростанциях генератор приводят в движение мощные паровые турбины, на автомобилях, тепловозах и прочих транспортных средствах – газовые турбины или двигатели внутреннего сгорания. Генераторы очень часто используют в качестве источников питания в различных установках связи, автоматики и измерительной техники и в других системах.

• Электрические двигатели – выполняют функции обратные генератору, а именно, преобразуют электрическую энергию в механическую. Они используются для приведения в движение множества установок в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, в быту, в системах связи. В системах автоматического регулирования их активно используют в качестве регулирующих, программирующих и исполнительных органов.
• Электромашинные преобразователи – выполняют преобразования электрических величин. Например, могут преобразовывать постоянный ток в переменный и наоборот, изменять частоту, число фаз и другие функции. В связи с активным внедрением полупроводниковых преобразователей электромашинные преобразователи в новых проектах используют крайне редко (практически никогда), а уже установленные электромашинные преобразователи активно модернизируются полупроводниковыми (тиристорными и транзисторными).
• Электромашинные компенсаторы – осуществляют регулирование коэффициента мощности cos φ, а именно баланса реактивной мощности в сети.
• Электромашинные усилители – используют для объектов большой мощности. Это, своего рода усилители, они усиливают сигналы большой мощности, при этом управление ведется сигналами малой мощности. Роль этих усилителей, как и электромашинных компенсаторов, в современном мире практически сведена на нет из – за применения полупроводниковых усилителей (транзисторных и тиристорных).
• Электромеханические преобразователи сигналов – это, как правило, электрические микромашины (например, сельсины), которые довольно широко используют в системах автоматического управления.

Классификация по роду тока и принципу действия

Как известно, существует два рода электрического тока – переменный и постоянный.

Исходя из этого, электрические машины также подразделяют по роду тока на два вида – машины электрические переменного тока и машины электрические постоянного тока.

Электрические машины переменного тока

• Трансформаторы – наиболее широко применимы в сетях электроснабжения для преобразования напряжений (повышение и понижение). Также довольно широко их применяют в выпрямительных установках для согласования напряжений, в устройствах связи, вычислительной техники и автоматики. Часто применяются и для проведения измерений электрических (измерительные трансформаторы), а также для различных функциональных преобразований (трансформаторы вращающиеся).

• Асинхронные электродвигатели – самые распространенные в мире благодаря своей относительной простоте и низкой стоимости. Применяются в промышленных электроустановках (станки, краны, подъемные машины) и в бытовых (компрессора холодильников, вентиляторы, пылесосы). Довольно широкое применение получили однофазные и двухфазные асинхронные управляемые электродвигатели, а также сельсины и тахогенераторы асинхронные.

• Синхронные электродвигатели – наиболее часто применяемы в качестве генераторов электрического тока на электрических станциях. Также применимы в качестве генераторов повышенной частоты в различных источниках питания (например, на кораблях, тепловозах, самолетах). Также в электроприводах большой мощности применяют синхронные электродвигатели, которые могут также помимо выполнения полезной работы и также влиять на коэффициент мощности сети cos φ.
• Коллекторные машины – используют их только в качестве электродвигателей. Это вызвано сложностью их конструкции и необходимостью тщательного ухода. В бытовых электроприборах и устройствах автоматики применяются универсальные коллекторные электродвигатели, способные работать на двух родах тока – постоянном и переменном.

Электрические машины постоянного тока

Они работают практически во всех сферах промышленности и транспорта.

В связи с большим распространением машин постоянного тока также были распространены и генераторы постоянного тока. Они использовались в качестве источников постоянного напряжения для зарядки аккумуляторных батарей, на транспорте (тепловозы, теплоходы и другие), а также в промышленности (система генератор — двигатель). Ввиду развития полупроводниковой техники генераторы постоянного тока постепенно вытесняются из работы и активно заменяются на генераторы переменного тока работающих в паре с полупроводниковым преобразователем.

Также применяются электродвигатели постоянного тока и в системах автоматического управления АСУ в качестве усилителей электромашинных, тахогенераторов и исполнительных электродвигателей.

Электрические микромашины

Микромашины активно применяются в устройствах автоматических.

Их подразделяют на группы:

• Силовые микродвигатели – приводят во вращения механизмы различных автоматических устройств. Например, самопишущие устройства и другие.

• Исполнительные (управляемые) микромашины – выполняют преобразование энергии электрической в механическую, то есть ведут обработку определенных команд из вне.
• Тахогенераторы – преобразуют механическую энергию вращения вала в электрический сигнал напряжения, который пропорционален скорости вращения вала.
• Вращающиеся трансформаторы – на выходе этих трансформаторов устанавливается напряжение, пропорциональное функции углу поворота ротора, например синусу или косинусу данного угла или же самому углу.
• Машины синхронной связи – (магнесины или сельсины) осуществляют синфазный и синхронный поворот или же вращения нескольких осей, не имеющих между собой механической связи.
• Микромашины гироскопических приборов – вращают роторы гироскопов с довольно высокой частотой, а также производят коррекцию их положения.
• Электромашинные усилители и преобразователи.

Классификация по мощности

• Микромашины – их мощность может варьироваться от нескольких долей ватта до 500 Вт. Они могут производится для двух родов тока — постоянного и переменного. Могут быть рассчитаны как на работу при нормальной (промышленной) частоте 50 Гц, так и при повышенной ( от 400 до 2000 Гц).
• Электродвигатели малой мощности – от 0,5 до 10 кВт. Также могут изготавливаться для двух родов тока – постоянного и переменного нормальной и повышенной частоты.
• Электродвигатели средней мощности – от 10 кВт до нескольких сотен ватт.
• Электродвигатели большой мощности – мощность данных машин больше нескольких сотен киловатт. Такие электродвигатели предназначены для работы на постоянном и переменном напряжении нормальной частоты. Исключение могут составлять электродвигатели специального назначения (авиация, флот) и другие.

Классификация по частоте вращения

• До 300 об/мин — тихоходные.
• От 300 до 1500 об/мин — средней быстроходности.
• От 1500 до 6000 об/мин — быстроходные.
• Более 6000 об/мин — сверхбыстроходные.

Микромашины же могут изготавливать с частотой вращения вала от нескольких оборотов в минуту до 60 000 оборотов в минуту. Скорость вращения машин средней и большой мощности, как правило, не превышает 3000 об/мин.

Устройство и принцип работы электромобиля. Плюсы и минусы электрокаров

Устройство электромобиля и принцип его работы

Принцип работы электромобиля заключается в следующем. В нем задействован механизм электромагнитной индукции, который состоит в том, что при наличии переменного электрического тока в проводнике возникает магнитное поле, которое по закону Ампера выполняет отклоняющее действие.

В моторе существуют два основных компонента: ротор и статор.

Статор остается постоянно неподвижным и по нему пропускается электрический ток определенной частоты.

Генерируемое в статоре магнитное поле действует на ротор и тот начинает вращаться. Получаемая механическая энергия используется для движения транспортного средства. Скорость движка прямо пропорциональна частоте тока и количеству установленных магнитных полюсов.

Ток для питания статора генерируется установленными на борту батареями. В зависимости от модели машины, батареи могут иметь разную емкость, конструкцию, особенности используемых механизмов работы.

Типы устройств электромобиля

Выделяют такие машины на электричестве:

• Внутригородские. Имеют невысокую мощность и скорость передвижения, на них установлены специальные ограничения по максимальной мощности. Небольшого диаметра колеса и малый вес позволяют двигаться в нормальном городском режиме;
• Микроэлектромобили. Созданы с учетом плотного городского транспортного потока, имеют батарею небольшой емкости. Используются для небольших переездов, поездок в магазин, на работу и назад и т.п.;
• Различные креативные варианты, типа трициклы;
• Обычные авто. Привычные легковушки, типа некоторых популярных моделей от Tesla;
• Грузовые. Пока еще не слишком распространены, но в перспективе могут использоваться в крупных городах для внутренних перевозок и уменьшения выбросов в атмосферу;
• Троллейбусы, трамваи, автобусы на электродвижках также являются довольно популярным видом транспорта в любом крупном городе.

Плюсы и минусы электрокаров

• Минимальные расходы на заправку.
• Простота сервисного обслуживания.
• Тихая работа мотора.
• Отсутствие опасных выхлопных газов.
• Покупка на перспективу.

• Небольшой выбор авто и высокая цена.
• Ограниченное количество необходимых заправок.
• Высокая цена на батареи.
• Ограниченность использования электроники, например, кондиционера, который будет быстро поглощать имеющийся заряд АКБ.

Виды электрических машин

Механическая и электрическая энергия используется человеком почти во всех сферах его деятельности, без нее невозможно нормальное функционирование транспортных средств, механизмов и оборудования, которые используют различные предприятия, бытовых приборов, вычислительных машин и многих других вещей, которыми мы привыкли пользоваться ежедневно.

Электрические машины выполняют функции преобразования механической энергии в электрическую и наоборот, также они могут трансформировать электроэнергию одних параметров в электроэнергию других параметров.

В зависимости от способа работы, назначения и мощности выделяют различные виды электрических машин. Бывают агрегаты этого типа с классическими и специфическими функциями, поскольку часто они создаются специально для отдельных отраслей, чтобы выполнять определенные задачи.

Виды электрических машин по среде создаваемого в них поля

Для преобразования одного вида энергии в другой или изменения ее параметров необходимо создать в воздушном пространстве агрегата электрическое или магнитное поле (оно располагается, как правило, между статором и ротором).

В зависимости от вида этого поля, электрического или магнитного, существуют такие виды электрических машин:

• Емкостные – это самые первые машины, преобразование энергии в которых осуществляется в электрическом поле. Однако такие виды агрегатов сейчас используются крайне редко, поскольку достаточно мощное электрическое поле в них создавать крайне сложно;
• Индуктивные – наиболее популярный вид машин, которые преобразуют энергию в магнитном поле, такие установки используются в различных отраслях промышленности и народного хозяйства;
• Индуктивно-емкостные – последнее слово в изобретении электромашин, в этих агрегатах для трансформации энергии нужно создание электромагнитного поля, поэтому они соединяют в себе принципы действия и емкостных и индукционных моделей. Данный вид машин еще нигде не используется.

Виды электрических машин по принципу действия

Существуют коллекторные и бесколлекторные агрегаты, которые отличаются друг от друга принципом действия.

К бесколлекторным машинам относятся модели переменного тока. Они могут быть синхронными и асинхронными. В синхронных машинах частоты магнитного поля и ротора равны между собой, а в асинхронных – нет, разница между скоростями их вращения равна частоте скольжения.

Также существуют такие виды электрических машин переменного тока, как двойного питания, где частоты питающего тока для статора и ротора являются разными.

Широко используются трансформаторы, в которых происходит преобразование электрического тока напряжения одного номинала в электрический ток напряжения другого номинала.

Агрегаты постоянного тока имеют в своей конструкции коллектор, к ним можно отнести вентильный двигатель, в нем вместо коллектора вмонтирован полупроводниковый коммутатор, при помощи которого создается вращающийся момент электродвигателя.

Принцип обратимости электрических машин

Агрегаты данной категории имеют различное строение и различные принципы действия, но всем им присущ принцип обратимости, когда одна и та же машина может выступать и в качестве двигателя, и в качестве генератора, и в качестве электромагнитного тормоза.

Такая широкая функциональность установок делает их особенно удобными для использования на различных производственных объектах, поскольку в этой сфере очень важна универсальность установок, их взаимозаменяемость и высокая продуктивность.

Все ныне существующие виды электрических машин довольно востребованы, потому сфера изготовления подобных агрегатов развивается довольно быстро.

Перспективы электромашинного строения

Установки, которые могут обеспечить электричеством и теплом не только небольшие дома, но и целые производственные комплексы, с каждым годом становятся все более востребованными. Кроме того, электромашины могут запускать в действие сложные механизмы, выполняющие на предприятиях различные виды работ.

Ученые постоянно совершенствуют уже имеющиеся модели и придумывают новые, которые имеют большие возможности в сравнении со своими предшественниками.

Внедрение инноваций в электромашиностроение помогает повысить мощность, КПД, прочность и эффективность агрегатов, сократить уровень их шума, снизить массу и уменьшить размеры, а также стоимость установок. Именно по этой причине данная отрасль считается весьма перспективной.

Последние новинки в сфере создания электрических машин на выставке

Узнать, какие виды электрических машин сейчас пользуются особой популярностью среди владельцев различных производственных комплексов и жилых помещений, можно на специализированной выставке «Электро», которая будет проходить в ЦВК «Экспоцентр».

Международное мероприятие соберет под одной крышей лучших производителей электрического оборудования из России и других стран.