Машины переменного тока. Описание классификация

Машины переменного тока. Описание классификация.

где n это частота, с которой вращается ротор, измеряется в оборотах в минуту. То есть, сколько полных оборотов совершит ротор за одну минуту. f частота питающего переменного тока p количество пар полюсов у магнитной системы машины

Рисунок 1 — Синхронная машина в разрезе

Синхронные машины по большей части применяются в качестве электродвигателей и генераторов переменного тока. Преобразователи частоты из них, как правило, не делают. Основным достоинством синхронной электрической машины является то, что в ней легко регулировать скорость вращения вала. Поэтому их часто применяют в системах автоматики. Асинхронная машина это машина, в которой основное магнитное поле статора создаётся переменным электрическим током. А скорость вращения вала не связана жёсткой зависимостью с частотой питающего тока. Асинхронные машины делятся на коллекторные и без коллекторные. Коллекторные машины применяются крайне редко так как они более дороги в производстве, а надежность их ниже. Асинхронные электрические машины чаще всего используются в качестве электродвигателей.

Рисунок 2 — Пример асинхронной электрической машины

Любая машина хоть синхронная хоть асинхронная способна работать в обоих режимах. То есть как электродвигатель, так и генератор переменного тока.

Вращающиеся преобразователи мощности

Электрические машины, преобразующие электрическую энергию в механическую работу, называются электрическими двигателями.

Электрические машины, преобразующие механическую работу в электрическую энергию, называются электрическими генераторами.

Механическая энергия обычно проявляется в форме вращательного движения. Электрические двигатели и генераторы называются преобразователями вращательной мощности или вращающимися электрическими машинами. Процесс преобразования электрической энергии в механическую работу называется электромеханическим.

Электрические машины состоят из токовых цепей, изготовленных из изолированных проводников и магнитопроводов, изготовленных из ферромагнитных материалов. Машины производят механическую работу за счет действия электромагнитных сил на проводники и ферромагнетики, соединенные магнитным полем. Проводники и ферромагнитные элементы принадлежат либо движущейся части машины (ротору), либо неподвижной части (статору). Вращение движущейся части машины способствует изменению магнитного поля. В свою очередь, в проводниках индуцируется электродвижущая сила, которая вырабатывает электрическую энергию. Аналогично, электрический ток в проводниках машины , называемых обмотками, взаимодействует с магнитным полем и создает силы, которые возбуждают движение ротора.

Краткая история создания

Впервые возможность превратить электричество в механическую энергию открыл британский ученый М.Фарадей еще в 1821 году. Его опыт с проводом, помещенным в ванну с ртутью, оснащенной магнитом, показал, что при подключении провода к источнику электроэнергии он начинает вращаться. Этот нехитрый опыт наверняка многие помнят по школе, правда, ртуть там заменяется безопасным рассолом. Следующим шагом в изучении этого феномена было создание униполярного двигателя – колеса Барлоу. Никакого полезного применения он так и не нашел, зато наглядно демонстрировал поведение заряженного проводника в магнитном поле.

На заре истории электродвигателей ученые пытались создать модель с сердечником, двигающимся в магнитном поле не по кругу, а возвратно-поступательно. Такой вариант был предложен, как альтернатива поршневым двигателям. Электродвигатель в привычном для нас виде впервые был создан в 1834 году русским ученым Б.С. Якоби. Именно он предложил идею использования вращающегося в магнитном поле якоря, и даже создал первый рабочий образец.

Первый асинхронный двигатель, в основе работы которого заложено вращающееся магнитное поле, появился в 1870 году. Авторами эффекта вращающегося магнитного поля независимо друг от друга стали два ученых: Г.Феррарис и Н. Тесла. Последнему принадлежит также идея создания бесколлекторного электродвигателя. По его чертежам были построены несколько электростанций с применением двухфазных двигателей переменного тока. Следующей более удачной разработкой оказался трехфазный двигатель, предложенный М.О. Доливо-Добровольским. Его первая действующая модель была запущена в 1888 году, после чего последовал ряд более совершенных двигателей. Этот русский ученый не только описал принцип действия трехфазного электродвигателя, но и изучал различные типы соединений фаз (треугольник и звезда), возможность использование разных напряжений тока. Именно он изобрел пусковые реостаты, трехфазные трансформаторы, разработал схемы подключения двигателей и генераторов.

Устройство электровоза

Локомотив ЧМЭ3 обладает двумя трёхосными тележками. Главную раму подвесили посредством четырёх люлечных болтов с наличием амортизирующих резиновых шайб к каждой тележке за четыре люлечных болта. Таким образом возвращение при относе и удержание над тележками с помощью люлечной подвески происходит за счёт тепловозного веса. Подвешивание в эксплуатационный период становится невозможным, поскольку весовые габариты машины воспринимаются болтовой резьбой. Потому-то в случае необходимости выкатывания тележек предстоит осуществить элементарную резку болтов. Во внутренней части балансира установлена букса. Один балансирный конец опирается на гидравлический гаситель с помощью пружины, другой балансирный конец соединяется с тележечным рамным кронштейном с помощь сайлентблока. Опорно-осевая подвеска установлена на тяговые двигатели. Благодаря наличию гидрогасителей и сайлетблоков, тепловоз ЧМЭ3 обретает мягкость хода. Несвоевременное техническое обслуживание амортизаторов ведёт к масляной потере, в этом случае, в период движения машина получает сильную раскачку. Отсутствие смазки отрицательно сказывается на работе тяговых двигателей, поскольку их подшипники начинают перегреваться и, в итоге, заклиниваются. Так как зубчатые передачи имеют защиту, изготовленную, из тонких листов стали, то происходят разрывы кожухов.

Шестицилиндровый рядный дизельный двигатель имеет рабочий объем сто шестьдесят три литра, обеспечивается промежуточным охлаждением наддувочного воздуха и турбо-наддувом. Поршневые параметры представлены следующими цифрами – вес равен сорока двум килограммам, размер хода составляет триста шестьдесят миллиметров, диаметр равен трёмстам десяти миллиметрам. Все поршни имеют камеру сгорания. Одной форсункой и четырьмя клапанами с верхним расположением обладает каждый цилиндр, клапанный привод обеспечивается роликовыми толкателями. В комплект дизельного силового агрегата входят два водяных и один шестерёнчатый масляный насос. Один обеспечивает охлаждение водомасляного теплообменника во вспомогательном контуре, второй водяной насос обеспечивает подачу воды на обмыв цилиндровых блоков, в основном контуре дизеля.

К наиболее мощным вспомогательным тепловозным агрегатам можно отнести воздушный компрессор, имеющий привод, идущий от силовой установки, отключение производится с помощью гидромуфты.

Когда происходит полное заполнение маслом из дизельной системы, происходит включение гидромуфт. Когда работа дизеля осуществляется на холостых оборотах, то из-за малого числа оборотов и низкого масляного давления, время разгона компрессора увеличивается, поэтому машинисту, порой, необходимо увеличить обороты дизельного агрегата. Возбудитель и вспомогательный генератор, служащий для выработки напряжения ста десяти вольт для освещения и управленческих цепей объединяются в двухмашинном агрегате. Электродвигатель, запитанный с помощью вспомогательного генератора, служит для обеспечения работы холодильного дополнительного вентилятора. Клиноременные передачи служат для обеспечения работы двух вентиляторов, охлаждающих тяговые двигатели.

В своё время была предпринята попытка переделать локомотив серии ЧМЭ3 в аккумуляторный электровоз серии «ЛАМ-01». Всего в подобную переделку попали две единицы тепловозов серии ЧМЭ3, заказ сделала Московская железная дорога.

Модернизация прошла в щадящей форме, поскольку все агрегаты основного оборудования были сохранены. Демонтажу подверглось электрооборудование и силовой дизельный агрегат со всеми своими системами. Электрооборудование, относящееся к электровозным схемам было оставлено. Аккумуляторные щелочные, никель-кадмиевые батареи в количестве пяти штук были установлены на свободном теперь месте. Одна обеспечивала собственные нужды, остальные обеспечивали тяговые потребности. В этой модификации изоляция аккумуляторного отсека от основной кузовной части была соблюдена. Имелись также теплоизоляция и система принудительной вентиляционной вытяжки. Конструкторы не забыли и за дистанционный пульт управления.

Применение

На сегодняшний день электродвигатели со спецификацией на переменный ток распространены во всех сферах промышленности и жизнедеятельности. На электростанциях они устанавливаются в качестве генераторов, используются в производственном оборудовании, автомобилестроении и даже бытовой технике. Сегодня в каждом доме можно встретить как минимум одно устройство с электрическим двигателем переменного тока, например, стиральную машину. Причины столь большой популярности заключаются в универсальности, долговечности и легкости обслуживания.

Среди асинхронных электрических машин наибольшее распространение получили устройства с трехфазной спецификацией. Они являются наилучшим вариантом для использования во многих силовых агрегатах, генераторах и высокомощных установках, работа которых связана с необходимостью контроля скорости вращения вала.