Назначение и классификация электрических машин кратко

Как классифицируются электрические машины и какие существуют их типы?

Электрические машины служат для преобразования энергии.

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической и электрической энергии (Кацман М. М. Электрические машины).

В зависимости от рода преобразования энергии машины можно разделить на три группы:

1. Машины для превращения механической энергии в электрическую — генераторы.

2. Машины для превращения электрической энергии в механическую — двигатели.

3. Машины для преобразования электрической энергии одного вида в электрическую же энергию другого вида — трансформаторы, электромашинные преобразователи частоты.

Трансформаторы являются статическими преобразователями электроэнергии переменного тока. Отсутствие каких-либо вращающихся частей придает трансформаторам конструкцию, принципиально отличающую их от электрических машин. Однако принцип действия трансформаторов, так же как и принцип действия электрических машин, основан на явлении электромагнитной индукции, и поэтому многие положения теории трансформаторов составляют основу теории электрических машин переменного тока.

Во всех электрических машинах преобразование энергии осуществляется при помощи третьего вида энергии, а именно магнитной. Таким образом, в каждой электрической машине имеются две электрические цепи (которые, вообще говоря, могут быть соединены вместе), связанные при помощи магнитного контура.

На долю одной из этих электрических цепей выпадает задача создания магнитного потока.

Электродвигатели и электрогенераторы:

По способу создания потока, сильно влияющему на конструкцию, электрических машин, их можно разделить на две группы:

1. У машин постоянного тока и у синхронных машин переменного тока магнитный поток создается в особых обмотках (электромагнитах), присоединенных к источнику постоянного тока.

Возбуждение электромагнитов поддается здесь произвольному изменению во время работы. Благодаря электромагнитам поток «жестко» связан с определенными частями машины. Этим самым, а также и благодаря возбуждению постоянным током, обусловливается синхронизм между движением поля по окружности якоря и скоростью вращения якоря машины.

По своей сущности машина постоянного тока представляет собою синхронную многофазную машину, многофазные токи которой превращаются коллектором в постоянный ток.

2. У асинхронных машин с вращающимся полем и у трансформаторов поток создается реактивным током питающей сети. Поток в основном постоянен. Он заранее обусловлен напряжением сети и устройством машины с электрической точки зрения.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором в разрезе

Все электрические машины можно классифицировать по ряду признаков.

1. По назначению :

• Электрические генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую,
• Электрические двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую (см. процесс преобразования энергии в электрических машинах),
• Электромашинные преобразователи, преобразующие переменный ток в постоянный и наоборот, изменяющие величину напряжения, частоту и число фаз,
• Электромашинные компенсаторы, осуществляющие генерирование реактивной мощности в электрических установках для улучшения энергетических показателей источников и приёмников электроэнергии,
• Электромеханические преобразователи сигналов, генерирующие, преобразующие и усиливающие различные сигналы.

• Электрические машины постоянного тока,
• Электрические машины переменного тока: синхронные, асинхронные,

• Микромашины – до 500 Вт,
• Машины малой мощности – от 0,5 кВт до 10 кВт,
• Машины средней мощности – от 10 кВт до 100 кВт,
• Машины большой мощности – свыше 100 кВт.

4. По частоте вращения :

• Тихоходные – до 300 об/мин,
• Средней быстроходности – от 300 об/мин до 1500 об/мин,
• Быстроходные – от 1500 об/мин до 6000 об/мин,
• Сверхбыстроходные – свыше 6000 об/мин.

5. По степени защиты :

• Открытое исполнение (соответствует степени защиты IP00),
• Защищенное (IP21, IP22),
• Брызгозащищенное и каплезащищенное (IP23, IP24),
• Водозащищенное (IP55, IP56),
• Пылезащищенное (IP65, IP66),
• Закрытое (IP44, IP54),
• Герметичное (IP67, IP68).

6. По группе эксплуатации

Каждая электрическая машина относится к какой-либо группе эксплуатации, обозначаемая М1 — М31. Указанная группа характеризует приспособленность машины к вибрации с определенной частотой, к ускорениям и ударам.

В основном, машины общего назначения относятся к группе М1, предусматривающей размещение на стенах или фундаментах при отсутствии ударных нагрузок.

7. По продолжительности и особенности работы машины

Продолжительность и особенности работы машины характеризуется режимом работы, который указывается в паспорте и обозначается буквой S и цифрой от 1 до 8. Описание режимов работы приводится в нормативных документах. См. здесь: Режимы работы электродвигателей.

Например, S1 – продолжительный режим, при котором машина успевает нагреться до установленной температуры. Режим работы имеет значение при выборе электродвигателей для привода различных механизмов.

8. По способу монтажа

Исполнение электрической машины по способу монтажа обозначается буквами IМ и четырьмя цифрами, например, IМ1001, IМ3001 и др. Первая цифра характеризует конструктивное исполнение машины (на лапах – для установки на горизонтальной поверхности, электрические машины с фланцем – для крепления к вертикальной поверхности и т.д.).

Далее двумя цифрами обозначается способ монтажа и направление конца вала машины, а последняя цифра указывает на исполнение конца вала (цилиндрический, конический и пр.)

Основные показатели и характеристики электрической машины, на которые она рассчитана, называются номинальными и указываются на паспортной табличке , прикрепленной к корпусу машины.

Классификация электрических машин (электрических двигателей) по книге Кацман М. М. «Электрические машины»:

Про различные виды электрических машин смотрите подробно здесь:

Назначение и классификация электрических машин кратко

Основные определения, термины
и понятия по военно-технической подготовке

• Военно-техническая подготовка
• Тактитка зенитных ракетных войск
• Боевое применение зенитного ракетного комплекса

1.6. Электрические машины.

Электрическая машина — это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

1.6.1. Двигатели.

Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом при этом является выделение тепла.

В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя:

При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует ЭДС), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов.

Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется cкольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора.

Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.

Для синхронной частоты вращения nc поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f :

Рис 2. Схема типичного УНЧ с обратной связью.

1.6.5. Сельсины.

Сельсин — индукционная машина системы индукционной связи. Сельсинами называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин передачи работают по принципу обычной механической передачи, только крутящий момент между валами передаётся не зубьями шестерён, а магнитным потоком без непосредственного контакта.

В различных отраслях промышленности, в системах автоматики и контроля часто возникает необходимость синхронного и синфазного вращения или поворота двух и более осей, механически не связанных друг с другом (например, на РЛС — радиолокационных системах с вращающейся антенной). Такие задачи решаются с помощью систем синхронной связи.

Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой. Два таких устройства электрически соединяются друг с другом одноимёнными выводами — статор со статором и ротор с ротором. На роторы подаётся одинаковое переменное напряжение. При таких условиях вращение ротора одного сельсина вызывает поворот ротора другого сельсина. При повороте одного из сельсинов (сельсин-датчика) на определённый угол в нём наводится ЭДС, отличная от первоначальной. Поскольку сельсины (их роторы) соединены, то эта же ЭДС будет возникать и во втором сельсине (сельсин-приёмнике) и по правилу левой руки он отклонится от первоначального положения на тот же угол.

Сельсины и системы дистанционной передачи угла поворота подразделяются на две группы: трёхфазные силовые и однофазные.

Трёхфазные сельсины применяются в системах, где требуется обеспечить синфазное и синхронное вращение двух двигателей (валов), находящихся на расстоянии друг от друга.

Однофазные сельсины могут работать в двух режимах.

Индикаторный режим . Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а сельсин-приёмник устанавливается в соответствующее ему положение.

Трансформаторный режим . Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а на выходе сельсин-приёмника формируется напряжение, являющееся функцией угла рассогласования между ними.

Для обоих режимов существуют схемы включения:

• парная (датчик и приёмник),
• многократная (датчик и несколько приёмников),
• дифференциальная (два датчика и приёмник).

Рис 3. Система из двух простых сельсинов

Рис 4. Схема подключения однофазных сельсинов в индикаторном режиме

Рис 5. Внешний вид сельсина

1.6.6. Силовой следящий привод.

Электрический привод (сокращённо — электропривод, ЭП) — это управляемая электромеханическая система, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую и обратно и управления этим процессом.

Рис 6. Иллюстрация функциональных элементов.

Регулятор ( Р ) предназначен для управления процессами, протекающими в электроприводе.

Электрический преобразователь ( ЭП ) предназначен для преобразования электрической энергии сети в регулируемое напряжение постоянного или переменного тока.

Электромеханический преобразователь ( ЭМП ) — двигатель, предназначен для преобразования электрической энергии в механическую.

Механический преобразователь ( МП ) может изменять скорость вращения двигателя.

Упр — управляющее воздействие.

ИО — исполнительный орган.

Функциональные части :

Силовая часть или электропривод с разомкнутой системой регулирования.

Система управления электропривода.

Следящий ЭП — электропривод, автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа РМ с заданной точностью в соответствии с произвольно меняющимся сигналом управления.

Электрические машины. В помощь студенту

Электрическая машина — это электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования либо механической энергии в электрическую (электрический генератор), либо электрической энергии в механическую (электрический двигатель).

Принцип действия электрических машин основан на законах электрических и магнитных явлений: законе электромагнитной индукции и законе Ампера.
Сущность закона электромагнитной индукции применительно к электрической машине состоит в том, что при движении проводника в магнитном поле со скоростью v в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции В, в нем индуцируется ЭДС

где l — активная длина проводника, т.е. часть его общей длины, находящаяся в магнитном поле.
Если же проводник замкнуть, то в этом проводнике появится электрический ток I. В результате взаимодействия этого тока с внешним магнитным полем на проводник начнет действовать электромагнитная сила, которая определяется по закону Ампера
F_эм=

Классификация электрических машин

Основные параметры

Номинальные данные электрических машин

Надежность электрических машин

Основные понятия, имеющие важное значение для электрических машин
• Вероятность безотказной работы P(t) — это вероятность того, что случайная величина Т — наработка до отказа — будет не меньше заданной: P(t) = P .
• Вероятность безотказной работы объекта за время t — это вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникнет отказа объекта, то есть вероятность Р(t₁, t₂) безотказной работы в интервале наработки t₁, t₂. Она равна отношению вероятностей безотказной работы в начале и конце интервала:
• Плотность распределения наработки до отказа:
  ;
  ;
  — число отказавших объектов в интервале .
• Средняя наработка на отказ — это математическое ожидание наработки объекта до отказа (является одним из показателей безотказности). На практике используется следующая оценка средней наработки до отказа:
  — наработка до отказа i-го объекта;
  — число объектов.
• Средний ресурс — это математическое ожидание ресурса.
• Ресурс — это наработка объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
• Средний срок службы — это математическое ожидание срока службы.
• Срок службы — это календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
• Коэффициент готовности (один из комплексных показателей надежности):
  k_г = T₀ / (T₀ + T_в),
  где T₀ — средняя наработка на отказ;
  T_в— среднее время восстановления.
• Период приработки — это период, когда при испытаниях или на начальной стадии эксплуатации происходит выявление и отбраковка конструктивных и производственных недостатков.
  Для ответственных электрических машин период приработки проходит непосредственно на заводе-изготовителе.
• Вероятность отказов за время t (в период приработки) описывается законом Вейбулла:
  — параметры.
• Распределение наработки до отказа (в период эксплуатации, когда интенсивность отказов падает и остается примерно постоянной) описывается показательным законом. При этом функция плотности распределения:
  — нормирующий множитель;
  — функция нормального определения:
  — математическое ожидание;
  — среднеквадратичное отклонение.
  Величина определяется с помощью нормированной функции Лапласса :
  — индукция;
  — пространственная координата;
  — время.
  В воздушном зазоре электрической машины индукция магнитного поля может быть представлена суммой основной гармоники В₁ и высших гармоник порядка i, обусловленных различными причинами j
  ,
  где — количество теплоты, выделяемой в машине в единицу времени: — количество теплоты, расходуемой на нагревание машины;
  — масса нагреваемого двигателя;
  — удельная теплоемкость материала машины, т.е. количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг этого материала на 1°C;
  — превышение температуры нагрева машины над температурой окружающей среды;
  — количество теплоты, рассеиваемой с поверхности машины в окружающее пространство в единицу времени;
  — коэффициент теплового рассеяния, т.е. количество теплоты, рассеиваемой с единицы поверхности двигателя в 1 секунду при превышении температуры на 1°C.
• Режим теплового равновесия:
  , где
  — температура нагрева в начальный период работы машины (не отличается от температуры окружающей среды), °C;
  — установившаяся температура нагрева машины, °C.
• Установившаяся температура перегрева, °C:
  , выделяемым в единицу времени, которое эквивалентно мощности потерь и коэффициенту теплового рассеяния , т.е. зависит от интенсивности охлаждения машины.
• Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

Класс нагревостойкости. Предельно допустимая температура.	Электроизоляционные материалы, соответствующие данному классу нагревостойкости.
Y 90 °C	Ненропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
A 105 °C	Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
E 120 °C	Некоторые синтетические органические пленки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
B 130 °C	Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими или пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
F 155 °C	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетаний с синтетическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
H 180 °C	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетаний с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
C > 180 °C	Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими или элементоорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.

Электроизоляционные материалы подробно представлены здесь.

Температура нагрева какой-либо части машины при известной температуре ее перегрева и температуре окружающей среды = 40 °C вычисляется по формуле:
.
Перегрев обмотки статора асинхронного электродвигателя рассмотрен здесь.

Охлаждение электрических машин

Способы охлаждения электрических машин
По способам охлаждения электрические машины разделяют на два вида: машины с естественным охлаждением и машины с искусственным охлаждением.

Определение термина «охлаждение электрических машин» смотрите здесь.

Конструктивные формы исполнения электрических машин

Конструктивные формы исполнения электрических машин определяются степенью защиты, способами охлаждения и монтажа, воздействием климатических факторов окружающей среды и категорией мест размещения электрических машин при эксплуатации.

Степени защиты электрических машин

Классификация и устройство машин переменного тока

Машины переменного тока по количеству фаз делятся на много фазные и однофазные. Наиболее часто машины выполняются трехфазными в соответствии с применяемой в энергетических установках системой трехфазного тока. Для автоматических устройств и для бытовых электроприборов применяются двухфазные машины и иногда однофазные. В основе работы многофазных машин и некоторых однофазных лежит образование вращающегося магнитного поля.
Каждая машина переменного тока, так же как машина постоянного тока, состоит из статора и ротора. По способу образования магнитного поля статора и ротора машины переменного тока делятся на две группы: асинхронные и синхронные.
А. Асинхронная машина. Асинхронной машиной называется машина переменного тока, у которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки. Магнитное поле в асинхронной машине создается переменным током обмоток статора и ротора. Скорость вращения ротора отличается от скорости вращения поля.
Асинхронные машины делятся на бесколлекторные и коллекторные. Бесколлекторные асинхронные машины являются наиболее распространенными электрическими машинами в народном хозяйстве и применяются главным образом в качестве двигателей. Коллекторные асинхронные машины имеют большее разнообразие характеристик по сравнению с бесколлекторными, используются также в качестве двигателей, но имеют ограниченное применение.
Основным типом асинхронной бесколлекторной машины является трехфазный двигатель в двух главных исполнениях: двигатель с фазной обмоткой ротора (рис. 1,а) и двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора (рис. 1,6). Конструктивные схемы этих машин показаны на рис. 1, где 1 — сердечник статора, собранный из листовой электротехнической стали, 2 — трехфазная обмотка статора, включаемая в сеть переменного тока, 3 — сердечник ротора, 4 — фазная обмотка ротора, 5 — контактные кольца для соединения с пусковым или регулировочным реостатом, 6 — короткозамкнутая обмотка ротора.

Рис. 1. Конструктивная схема трехфазного асинхронного двигателя: а — с фазной обмоткой ротора, б — с короткозамкнутой обмоткой ротора
Б Синхронная машина. Синхронной машиной называется такая машина переменного тока, скорость вращения ротора которой равна скорости вращения первой гармоники поля статора и определяется

Рис. 2. Конструктивная схема трехфазного синхронного генератора

частотой / переменного тока в обмотке статора и количеством пар полюсов машины
(1)
Как правило, магнитное поле в синхронной машине создается обмоткой постоянного тока ротора и обмоткой переменного тока статора. В синхронных машинах малой мощности вместо обмотки постоянного тока на роторе используются постоянные магниты (магни-
тоэлектрические синхронные машины) или же магнитное поле создается только переменным током обмотки статора (реактивные синхронные машины). Синхронные машины широко применяются в качестве генераторов трехфазного переменного тока на электростанциях и используются также в качестве электродвигателей.
На рис. 2 изображена конструктивная схема трехфазной синхронной машины. Здесь 1 — сердечник статора, 2 — трехфазная обмотка статора, 3 — полюсы ротора с обмоткой постоянного тока, 4 — кольца для соединения обмотки ротора с источником постоянного тока, 5 — вентиляторы.

Рис. 3. Основные типы синхронных машин: а — с явнополюсным ротором, б — с неявнополюсным ротором
По устройству ротора различают два типа синхронной машины: машина с явнополюсным ротором, в которой катушки обмотки постоянного тока размещены на выступающих полюсах (рис. 3,а) и машина с неявнополюсным ротором, в котором распределенная обмотка постоянного тока уложена в пазы ротора (рис. 3,6).
Явнополюсная синхронная машина изготовляется для скорости вращения до 1500 об /мин и используется в качестве генератора или двигателя. Наиболее крупные синхронные машины устанавливаются на гидроэлектростанциях и приводятся во вращение водяными турбинами со скоростью до 300 об/мин.
Неявнополюсная синхронная машина используется в основном как генератор на тепловых электростанциях и приводится во вращение паровой турбиной со скоростью обычно 3000 об/мин (при частоте 50 Гц).

Общие элементы устройства и теории машин переменного тока

Обмотки статора обычно присоединяются к сети переменного тока и создают вращающееся магнитное поле, поэтому устройство этой части асинхронных и синхронных машин получается одинаковым. Сердечник статора изготовляется из листовой электротехнической
стали толщиной 0,5 мм.

На внутренней поверхности статора имеются пазы, в которые уложена обмотка. Форма паза зависит главным образом от мощности машины.

Рис. 4. Частично открытый паз
При мощности до 100 кет и напряжении до 500 в применяются частично открытие пазы (рис. 4). Изоляция обмотки от сердечника обычно трехслойная: два слоя электрокартона и между ними слой лакоткани или синтетической пленки. Общая толщина изоляции 0,3—0,7 мм. Стороны 1 мягких катушек из круглого провода укладывают через открытие 3 паза по одному или по нескольку проводников, затем края изоляции загибают и, таким образом, закрывают каждый паз. Стороны катушки в пазу удерживаются клином 2 из дерева или слоистого пластика.

Рис. 5. Частично закрытый паз и изоляция обмотки
1 — прокладка из электрокартона пропитанного, толщиной 0,2 мм,
2 — лента миткалевая впритык, толщиной 0,15 лык, 3 — прокладка из электрокартона, толщиной 0,5 мм, 4— электрокартон пропитанный, толщиной 0,20 мм в 1 слой, 5 — лакоткань черная толщиной 0,3 мм в 1 слой, в — электрокартон пропитанный, толщиной 0,10 мм

впритык, 7 — прокладка из электрокартона толщиной 0,2 мм
Рис. 6. Открытый паз и изоляция обмотки
1 — прокладка из электрокартона (толщиной 0,5 лик), 2 — прокладка из миканита (толщиной 0,2 лык), 3 — микафолий (9 слоев толщиной 0,25 лш), 4 — электрокартон (1 слой толщиной 0.15 лык), 5 — прокладка из электрокартона толщиной 1,7 лык

Частично закрытые пазы (рис. 5) применяются для машин мощностью до 400 кет и напряжением до 500 в. В этом случае каждая катушка состоит из двух полукатушек, намотанных прямоугольным проводом. Полукатушкам придают окончательную форму на специальных шаблонах до укладки в пазы.
В машинах большой мощности и при напряжении выше 500 в катушки изготовляются из прямоугольного провода и изолируются до укладки в прямоугольные пазы (рис. 6).

Похожие публикации:

1. Вес снега на 1 м2 кровли
2. Виды релейной защиты в электроустановках
3. Как убрать большой пробел после нумерации в ворде
4. Штриховка железобетона в автокаде