Основные конструктивные исполнения электрических машин

Независимо от рода питания — постоянного или переменного тока электрические машины можно разделить на явнополюсные и неявнополюсные. В неявнополюсных машинах, т. е. с неявновыраженными полюсами воздушный зазор равномерный и магнитные сопротивления во всех направлениях одинаковы (рисунок 1.23 а). Обмотка возбуждения распределена по различным пазам. В явнополюсных машинах, т. е. с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой возбуждения, имеются четко выраженные продольные и поперечные оси с различными воздушными зазорами и магнитными сопротивлениями (рисунок 4 б). Сосредоточенная катушечная обмотка возбуждения может располагаться на статоре и роторе.

Рисунок 1.23 Машины с неявновыраженными (а) и явновыраженными полюсами (б)

Наибольшее распространение получили электрические машины с неявновыраженными (рисунок 1.24. а) и явновыраженными (рисунок 1.24, б, в) полюсами. Асинхронные машины — это чаще всего машины с неявновыраженными полюсами. Синхронные машины могут иметь явновыраженную магнитную систему на роторе (рисунок 1.24, б). Магнитная система с явновыраженными полюсами на статоре характерна для машин постоянного тока (рисунок 1.24, в). Явновыраженная конструкция полюсов на статоре и роторе принадлежит индукторным или параметрическим машинам (рисунок 5, г), в которых преобразование энергии осуществляется за счет периодического изменения магнитного сопротивления воздушного зазора.

Рисунок 1.24. Основные конструктивные исполнения электрических машин

На рисунке 1.25 в разобранном виде показан асинхронный двигатель серии 4А. Статор и ротор двигателя неявнополюсные. Магнитопровод статора набирается из листов электротехнической стали и имеет пазы, в которые укладывается обмотка. Ротор также шихтованный. В пазах статора помещается короткозамкнутая или фазная обмотка.

Магнитопроводы выполняются шихтованными, если по статору замыкается переменный поток, и массивными, если по магнитопроводу замыкается постоянный поток.

Рисунок 1.25 Асинхронный двигатель серии 4А

В синхронных машинах в роторе замыкается постоянный поток, поэтому ротор турбогенератора выполняется литым, а обмотка возбуждения укладывается в пазы, профрезерованные в бочке ротора.

В машинах постоянного тока (рисунок 1.26) литая (или шихтованная) станина является одновременно и магнитопроводом. К станине крепятся главные полюсы 2 с обмотками возбуждения 3 и добавочные полюсы с обмотками. Якорь машины постоянного тока 4 вращается в неподвижном поле. поэтому сталь магнитопровода якоря перемагничивается. Для уменьшения потерь от вихревых потоков магнитопровод якоря выполняется шихтованным. Обмотка якоря 5 подсоединяется к коллектору 6. По коллектору скользят щетки 7, расположенные в щеткодержателях. Остальные обозначения: 8 — вентилятор, 9 — щит подшипниковый, 10 — вал.

Рисунок 1.26 Машина постоянного тока

Обычно ротор находится внутри статора. Иногда ротор располагается снаружи цилиндрического статора. Такие машины называются машинами с внешним ротором. Машины с внешним ротором имеют повышенный момент инерции, их применяют в приводах транспортеров и там, где требуется большой момент инерции

В некоторых применениях машины постоянного тока могут быть с вращающимися обмотками возбуждения, синхронные машины — с неподвижными обмотками возбуждения. Такие машины принято называть обращенными.

По форме исполнения в соответствии с ГОСТом машины делят на восемь групп. Восемь групп форм исполнения электрических машин делятся на 49 видов, включающих 161 форму исполнения. В таблице 1 даны наиболее распространенные виды электрических машин.

Таблица 1

По

ГОСТу имеются исполнения по степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями, попадания посторонних тел внутрь машины, а также степени защиты от проникновения воды внутрь машины.

Кроме того, выпускаются взрывозащищенные машины, влагостойкие электрические машины для работы при большой влажности, морозостойкие, химостойкие и в тропическом исполнении.

В конструктивном отношении машины различаются также по способу охлаждения В машинах с естественным охлаждением циркуляция воздуха осуществляется за счет вентилирующего действия вращающихся частей и конвекции. В машинах с самовентиляцией на валу имеется вентилятор. В обдуваемых закрытых машинах осуществляется принудительное охлаждение только внешней поверхности машины. В продуваемых машинах воздух омывает активные части машины и выбрасывается наружу. Машины с внутренней вентиляцией делятся на машины с аксиальной, аксиально- радиальной и радиальной вентиляцией.

Рисунок 1.27 Торцевая электрическая машина: 1 - магиитопровод статора. 2 - обмотка статора. 3 — постоянные магниты 4- магнитопровод ротора, 5 — станины, б — вал, 7 — подшипники; 8 — крышка подшипников

Для охлаждения машины могут применяться воздух, водород, масло и вода. Охлаждение может осуществляться за счет испарения жидкостей. В последнее время широко применяется внутреннее (непосредственное) охлаждение, когда охлаждающий агент проходит по специальным каналам внутри проводников.

Находят применение торцевые электрические машины, в которых статор и ротор имеют форму дисков (рисунок 1.27). Энергия магнитного поля в торцевых машинах концентрируется в промежутке между дисками.

Конструктивные видоизменения индукторных машин весьма разнообразны. Наибольшее распространение получила конструкция индукторной машины с двумя роторами 1 и статорами 2 (рисунок 1.28). При сдвиге ротора на 90° общее магнитное сопротивление машины не изменяется и в обмотке возбуждения 3 не наводится переменная составляющая напряжения. При этом с обмоток переменного тока 4, расположенных на полюсах каждого статора, снимается переменное напряжение. Поток возбуждения машины замыкается по корпусу статора 5 и втулке ротора 6, насажен ной на вал 7.

Рисунок 1.28 Конструктивное выполнение индукторной машины

Для получения больших постоянных токов (до 100 кА) при низких напряжениях применяются униполярные машины (рисунок 10). В таких машинах отсутствует коллектор, но они принципиально не могут работать без скользящего контакта, который состоит из щеток 1 и колец 2. Постоянный магнитный поток замыкается по станине 3, массивному ротору 4 и двум магнитным зазорам

Рисунок 1.29 Униполярная электрическая машина

Поток возбуждения (показан на рисунке 1.29 штриховой линией 4) создается обмоткой возбуждения 5. Постоянные токи наводятся в массивном роторе и снимаются щетками. Чтобы уменьшить электрические потерн, на роторе делаются пазы, в которые укладываются медные стержни. Медные стержни привариваются к контактным кольцам, образуя на роторе короткозамкнутую обмотку.

В электромагнитных преобразователях — трансформаторах — обмотки располагаются так, чтобы исключить перемещение их относительно друг друга. Переменный поток замыкается по шихтованному магнитопроводу. Для ограничения токов короткого замыкания применяют реакторы, которые представляют собой индуктивную катушку со сталью или без стали.

В последние годы для концентрации энергии магнитного поля и хранения ее применяют сверхпроводящие индуктивные накопители. В таких индуктивных катушках в небольших объемах удается концентрировать энергию до 100 МДж за счет магнитных полей до 5 Тл.

Выше были рассмотрены лишь основные конструкции электрических машин. В специальных машинах видоизменения бесконечны. Более подробно конструкции электрических машин переменного и постоянного тока рассматриваются при изучении соответствующих разделов курса.

В справочнике по электрическим машинам приведено свыше десяти тысяч исполнений и типоразмеров электрических машин.