Презентация на тему «Синхронные машины.»
Рецензии
Аннотация к презентации
Посмотреть и скачать бесплатно презентацию по теме «Синхронные машины.». pptCloud.ru — каталог презентаций для детей, школьников (уроков) и студентов.
Содержание
Синхронные машины.
Принцип действия. Способы возбуждения. Устройство турбо и гидро генераторов.
Синхронная машина— это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.
Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор. Наиболее частым исполнением является такое исполнение, при котором якорь располагается на статоре, а на отделённом от него воздушным зазором роторе находится индуктор.
Якорь.
Якорь — представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и таким образом возбуждается электромагнитный момент, приводящий к вращению ротора.
Ротор.
Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов (в микромашинах). Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную.
Явнополюсная машина отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока.
При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, незаполненное проводниками (так называемый большой зуб).
Принцип действия синхронных машин.
Рассмотрим принцип действия синхронного генератора. Если по его обмотке возбуждения пропустить постоянный ток, то этот ток создаст постоянное во времени и неподвижное относительно ротора магнитное поле с чередующейся полярностью. При вращении ротора его магнитное поле будет вращаться относительно неподвижной обмотки статора и наводить в ней переменную ЭДС.
Если на якоре уложена симметричная трёхфазная обмотка, то в этой обмотке индуцируется симметричная система ЭДС. При этом частота индуктируемых в обмотках ЭДС -скорость ротора, p-число пар полюсов. Если к трёхфазной обмотке якоря синхронного генератора подключить симметричное внешнее сопротивление, то по этой обмотке будет протекать симметричная система токов, создающих круговое вращающееся магнитное поле якоря.
Частота вращения этого поля относительно статора Подставив , получим. значит магнитные поля возбуждения и якоря неподвижны относительно друг друга и образуют результирующее магнитное поле машины. При работе синхронной машины в режиме двигателя симметричная трёхфазная обмотка якоря присоединяется к трёхфазной сети. При этом образуется вращающееся магнитное поле с частотой вращения n1, которое, взаимодействуя с полем возбуждения, создаёт вращающий момент.
Большинство синхронных машин имеет электромагнитное возбуждение, при котором поток возбуждения создаётся обмоткой ротора, соединённой с источником постоянного тока. Система возбуждения должна обеспечивать достаточно быстрое, надёжное и устойчивое регулирование тока возбуждения в любых режимах работы. Кроме того, система возбуждения должна обеспечивать быстрое гашение магнитного поля, т.е. уменьшение тока возбуждения до нуля без значительных перенапряжений на обмотках.
В электромашинной системе в качестве источника возбуждения используют специальный генератор постоянного тока независимого возбуждения, называемый возбудителем. Возбудитель приводиться во вращение от вала синхронного генератора, а обмотка якоря возбудителя через контактные кольца соединена с обмоткой возбуждения синхронного генератора. Ток возбуждения синхронной машины регулируют с помощью реостатов, установленных в цепи возбуждения возбудителя.
В настоящее время применяют вентильные системы возбуждения, которые могут рассчитываться на большие мощности и являются при этом более надёжным, чем электромашинные. Различают три вида вентильных систем возбуждения: система с самовозбуждением, независимая система возбуждения и бесщеточная система.
В вентильной системе с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от управляемого статического выпрямителя. Подключённого к выводам обмотки якоря синхронного генератора. Начальное возбуждение синхронного генератора происходит за счёт остаточного намагничивания его полюсов.
В вентильной независимой системе возбуждения обмотка возбуждения получает питание от якоря отдельного трёхфазного синхронного генератора, ротор которого соединён с валом главного генератора. Переменное напряжение возбудителя попадается на статический выпрямитель и далее через контактные кольца подводиться к обмотке возбуждения.
В случае бесщеточной системы возбудителем является синхронный генератор, имеющий обращённую конструкцию (якорь – на роторе, индуктор — на статоре). Обмотка якоря возбудителя соединяется с обмоткой возбуждения основного генератора через вращающийся выпрямитель, расположенный на валу генератора, что позволяет использования скользящего контакта.
Устройство турбо и гидро генераторов.
Турбогенераторы – быстроходные неявнополюсные машины (цилиндрический ротор) выполняются, как правило, с двумя полюсами, приводятся во вращение быстроходными паровыми или газовыми турбинами.
Генератор состоит из двух ключевых компонентов — статора и ротора. Но каждый из них содержит большое число систем и элементов. Ротор — вращающийся компонент генератора и на него воздействуют динамические механические нагрузки, а также электромагнитные и термические. Статор — стационарный компонент турбогенератора, но он также подвержен воздействию существенных динамических нагрузок — вибрационных и крутящих, а также электромагнитных, термических и высоковольтных.
Гидрогенераторы – в большинстве случаев тихоходные явнополюсные машины, выполняемые с большим числом полюсов и вертикальным валом, приводятся во вращение гидротурбинами.
Гидрогенераторы обычно имеют сравнительно малую частоту вращения (до 500 об/мин) и достаточно большой диаметр (до 20 м), чем в первую очередь определяется вертикальное исполнение большинства гидрогенераторов, так как при горизонтальном исполнении становится невозможным обеспечение необходимой механической прочности и жесткости элементов их конструкции. 1 – водохранилище, 2 – затвор, 3 – трансформаторная подстанция, 4 – гидрогенератор, 5 – турбина.
Презентация к уроку по электротехнике «Синхронные машины»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Специальные синхронные машины электротехника
Синхронные магнитоэлектрические двигатели При радиальном расположении постоянных магнитов пакет ротора с пусковой клеткой, выполненный в виде полого цилиндра, закрепляют на наружной поверхности явно выраженных полюсов постоянного магнита 3. В цилиндре делают межполюсные прорези, предотвращающие замыкание потока постоянного магнита в этом цилиндре рис.а. При аксиальном расположении магнитов конструкция ротора аналогична конструкции ротора асинхронного короткозамкнутого двигателя. К торцам этого ротора прижаты кольцевые постоянные магниты рис.б. Конструкции с аксиальным расположением магнита применяют в двигателях малого диаметра мощностью до 100 Вт; конструкции с радиальным расположением магнитов применяют в двигателях большего диаметра мощностью до 500 Вт и более.
Магнитоэлектрические синхронные двигатели с радиальным (а) и аксиальным (б) расположением постоянных магнитов: 1 — статор, 2 — короткозамкнутый ротор, 3 — постоянный магнит
Электромагнитные процессы в магнитоэлектрических синхронных двигателях в принципе аналогичны процессам в синхронных двигателях с электромагнитным возбуждением. Но постоянные магниты в магнитоэлектрических машинах подвержены размагничиванию действием магнитного потока реакции якоря. Пусковая обмотка несколько ослабляет это размагничивание, так как оказывает на постоянные магниты экранирующее действие. Достоинства— повышенная устойчивость работы в синхронном режиме и равномерность частоты вращения. Эти двигатели имеют сравнительно высокие энергетические показатели . Недостатки— повышенная стоимость по сравнению с синхронными двигателями других типов, обусловленная высокой стоимостью и сложностью обработки постоянных магнитов, выполняемых из сплавов, обладающих большой коэрцитивной силой (ални, алнико, магнико и др.). Эти двигатели обычно изготовляют на небольшие мощности и применяют в приборостроении и в устройствах автоматики для привода механизмов, требующих постоянства частоты вращения.
Синхронные магнитоэлектрические генераторы Ротор такого генератора выполняют при малой мощности в виде «звездочки» (рис. а), при средней мощности — с когтеобразными полюсами и цилиндрическим постоянным магнитом (рис. б). Генераторы с постоянными магнитами имеют недостаток, обусловленный отсутствием обмотки возбуждения, а поэтому регулировка напряжения в магнитоэлектрических генераторах практически невозможна. Это затрудняет стабилизацию напряжения генератора при изменениях нагрузки. Роторы магнитоэлектрических синхронных генераторов: 1 – вал; 2 – постоянный магнит; 3 – полюс; 4 – немагнитная втулка
Синхронные реактивные двигатели Применяются в аппаратах звукозаписи, звуковоспроизведения, лентопротяжные и других механических системах, в которых требуется строго постоянная скорость вращения при небольших моментах сопротивления на валу. Реактивный двигатель представляет собой явнополюсную синхронную машину без обмотки возбуждения. Поток двигателя и его вращающий момент создается м. д. с. реакции якоря, отсюда и название — реактивный двигатель. Момент двигателя возникает за счет дополнительной мощности , имеющей место вследствие неодинаковой проводимости ротора по осям. Конструкции роторов синхронных реактивных двигателей: а — со впадинами; б — секционированные
Роторы, в основном, выполняются двух типов: со впадинами и секционированные. В последнем случае промежутки между магнитопроводящими секциями пластин ротора заполняются слоями алюминия или меди, которые образуют короткозамкнутую пусковую клетку. Секционированный ротор имеет большую магнитную проводимость по продольной оси в результате чего увеличивается максимальный реактивный момент двигателя. Ротор со впадинами шихтуется из штампованных стальных листов, имеющих специальный профиль, или в некоторых случаях выфрезеровывается из обычного ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя. Недостаток реактивных двигателей — низкий максимальный момент, коэффициент мощности (cosφ = 0,5) и к. п. д. у двигателей мощностью в несколько десятков ватт η=35÷40%, а у двигателей мощностью в несколько ватт η 8 слайд 
Гистерезисные двигатели Применяются в схемах автоматики, их ротор имеет стальной цилиндр, выполненный из магнитотвердого материала (например, из викаллоя). С целью экономии дорогостоящего магнитотвердого материала роторы обычно делают сборными. Они состоят из втулки 5 и наружного массивного или шихтованного цилиндра 4 из магнитотвердого материала. Зазор между статором и ротором равномерный по всей окружности. Статор у гистерезисных двигателей такой же, как у других синхронных двигателей. Конструкция гистерезисного двигателя с цилиндрическим ротором: 1 — корпус; 2 — пакет статора; 3 — обмотка статора; 4 — цилиндр из магнитотвердого материала; 5 — сердечник или втулка Недостатком двигателей с постоянными магнитами является сравнительно низкий коэффициент мощности и сложность изготовления ротора.
Принцип работы Явление магнитного запаздывания заключается в том, что частицы ферромагнитного материала ротора, представляющие собой элементарные магниты, стремятся ориентироваться в соответствии с направлением внешнего магнитного поля. Если внешнее магнитное поле изменит свое направление, то элементарные частицы также меняют ориентацию. Однако повороту элементарных частиц в магнитотвердом материале препятствуют силы молекулярного трения. Этим и объясняется появление угла сдвига, значение которого зависит от магнитных свойств материала ротора. Имея массивную конструкцию ротора, гистерезисные двигатели при пуске развивают также асинхронный вращающий момент. Однако этот момент значительно меньше гистерезисного момента, вследствие чего пуск, а также втягивание в синхронизм и работа происходят за счет гистерезисного момента вращения.
Шаговые двигатели Шаговые (импульсные) двигатели (ШД) используют в качестве исполнительных двигателей, преобразующих электрические сигналы (импульсы напряжения) в угловые или линейные дискретные (скачкообразные) перемещения (шаги). Наибольшее применение ШД получили в электроприводах с программным управлением. Различают шаговые двигатели с активным (возбужденным) и реактивным ротором. Шаговые двигатели с активным ротором имеют обмотку возбуждения или выполнены с постоянными магнитами на роторе; шаговые двигатели с реактивным ротором не имеют обмотки возбуждения, а их ротор выполняют из магнитномягкого материала. Обмотку управления ШД обычно располагают на статоре и делают одно- или многофазной (чаще трех- или четырехфазной).
На рисунке изображены 4 обмотки, которые относятся к статору двигателя, а их расположение устроено так, что они находятся под углом 90º относительно друг друга. Из чего следует, что такая машина характеризуется размером шага в 90º. В момент подачи напряжения U1 в первую обмотку происходит перемещение ротора на те же 90º. В случае поочередной подачи напряжения U2, U3, U4 в соответствующие обмотки, вал продолжит вращение до завершения полного круга. После чего цикл повторяется снова. Для изменения направления вращения достаточно изменить очередность подачи импульсов в соответствующие обмотки.
Реактивный шаговый двигатель Реактивный шаговый двигатель не оснащается магнитом на роторе, а выполняется из магнитомягких сплавов, как правило, его набирают из пластин для уменьшения потерь на индукцию. Конструкция в поперечном разрезе напоминает шестерню с зубцами. Полюса статорных обмоток запитываются противоположными парами и создают магнитную силу для перемещения ротора, который двигается от попеременного протекания электрического тока в обмоточных парах.
К преимуществам эксплуатации шагового двигателя можно отнести: В шаговых электродвигателях угол поворота соответствует числу поданных электрических сигналов, при этом, после остановки вращения сохраняется полный момент и фиксация; Точное позиционирование – обеспечивает 3 – 5% от установленного шага, которая не накапливается от шага к шагу; Обеспечивает высокую скорость старта, реверса, остановки; Отличается высокой надежностью за счет отсутствия трущихся компонентов для токосъема, в отличии от коллекторных двигателей; Для позиционирования шаговому двигателю не требуется обратной связи; Может выдавать низкие обороты для непосредственно подведенной нагрузки без каких-либо редукторов; Сравнительно меньшая стоимость; Обеспечивается широкий диапазон управления скоростью оборотов вала за счет изменения частоты электрических импульсов. К недостаткам применения шагового двигателя относятся: Может возникать резонансный эффект и проскальзывание шагового агрегата; Существует вероятность утраты контроля из-за отсутствия обратной связи; Количество расходуемой электроэнергии не зависит от наличия или отсутствия нагрузки; Сложности управления из-за особенности схемы
Индукторные синхронные машины Некоторые устройства, например установки индукционного нагрева, гироскопические и радиолокационные устройства, требуют переменного тока повышенной частоты. Для получения переменного тока повышенной частоты (до 30 кГц) применяют индукторные генераторы, отличительным признаком которых является то, что за один период магнитный поток в них не меняет своего знака, как в обычных синхронных генераторах, а лишь изменяется от мин до макс значений, т. е. пульсирует. Конструкция сдвоенного генератора
Статор 1 и ротор 5 генератора выполнены сдвоенными. Обмотка возбуждения 2, располагаемая на статоре, подключена к источнику постоянного тока и создает магнитный поток, замыкающийся вдоль вала ротора 4, при этом на каждой части статора (и ротора) возбуждаются полюсы одной полярности. Число зубцов на статоре и на роторе одинаково. Пульсации магнитного потока происходят за счет смещения зубцов вращающегося ротора относительно зубцов статора. На каждом зубце статора расположена катушка 3, в которой переменной составляющей магнитного потока наводится ЭДС. В рассматриваемом индукторном генераторе постоянство общего магнитного потока обмотки возбуждения обеспечивается тем, что один пакет ротора смещен относительно другого пакета на половину зубцового деления. Благодаря этому магнитное сопротивление суммарному потоку возбуждения остается неизменным при любом положении ротора. Это позволило ротор генератора сделать стальным монолитным (а не шихтованным) профрезерованными пазами. Недостатки Коэффициент полезного действия генераторов индукторного на несколько ниже, чем у генераторов промышленной частоты (50 Гц), из-за повышенных электрических потерь в обмотке статора, обусловленных эффектом вытеснения тока, вызывающего увеличение активного сопротивления обмотки. Достоинство Отсутствие обмоток на роторе позволяет исключить в индукторном генераторе контактные кольца. Это упрощает конструкцию генератора и повышает его надежность. Генераторы индукторного типа применяются в качестве возбудителей турбогенераторов серии ТВВ
