Электр машинасы - Electric machine

Жылы электротехника, электр машинасы деген жалпы термин машиналар қолдану электромагниттік күштер, сияқты электр қозғалтқыштары, электр генераторлары, және басқалар. Олар электромеханикалық энергия түрлендіргіштері: электр қозғалтқышы электр энергиясын механикалық қуатқа айналдырады, ал электр генераторы механикалық қуатты электр энергиясына айналдырады. Машинадағы қозғалмалы бөлшектер айналмалы болуы мүмкін (айналмалы машиналар) немесе сызықтық (сызықтық машиналар). Қозғалтқыштар мен генераторлардан басқа, үшінші санатқа жиі кіреді трансформаторлар, оларда жоқ болса да қозғалмалы бөлшектер өзгертетін энергия түрлендіргіштері болып табылады Вольтаж деңгейінің айнымалы ток.^[1]

Генераторлар түріндегі электр машиналары Жердегі барлық электр қуатын өндіреді, ал электр қозғалтқыштары түрінде өндірілген барлық электр қуатының шамамен 60% тұтынады. Электр машиналары 19 ғасырдың ортасында дамыды және сол кезден бастап инфрақұрылымның барлық бөліктері болды. Электр машиналарының неғұрлым тиімді технологиясын жасау кез келген жаһандық сақтау үшін өте маңызды, жасыл энергия, немесе баламалы энергия стратегия.

Генератор

Электр генераторы - бұл механикалық энергияны электр энергиясына айналдыратын құрылғы. Генератор күш береді электрондар сыртқы арқылы ағу электр тізбегі. Бұл судың ағынын тудыратын, бірақ ішіндегі суды жасамайтын су сорғысына ұқсас. Механикалық энергия көзі негізгі қозғалыс, поршеньді немесе турбиналы болуы мүмкін бу машинасы, а арқылы түсетін су турбина немесе су дөңгелегі, an ішкі жану қозғалтқышы, а жел турбинасы, қол иінді, сығылған ауа немесе механикалық энергияның кез келген басқа көзі.

Электр машинасының екі негізгі бөлігін механикалық немесе электрлік тұрғыдан сипаттауға болады. Механикалық тұрғыдан алғанда ротор айналатын бөлік, ал статор электр машинасының қозғалмайтын бөлігі болып табылады. Электрлік тұрғыдан алғанда якорь - бұл электр қуатын өндіруші, ал өріс - электр машинасының магнит өрісінің құрамдас бөлігі. Арматура роторда да, статорда да болуы мүмкін. The магнит өрісі екеуімен де қамтамасыз етілуі мүмкін электромагниттер немесе тұрақты магниттер не роторға, не статорға орнатылған. Генераторлар екі түрге жіктеледі, Айнымалы ток генераторлары және Тұрақты ток генераторлары.

Айнымалы ток генераторы

Ан Айнымалы ток генераторы механикалық энергияны айналдырады айнымалы ток. Өріс тізбегіне берілетін қуат якорь тізбегіне берілетін қуаттан әлдеқайда аз болғандықтан, айнымалы ток генераторлары әрдайым роторда және статорда якорь орамында болады.

Айнымалы ток генераторлары бірнеше түрге жіктеледі.

• Жылы индукциялық генератор, статор магнит ағыны ротордағы токтарды тудырады. Содан кейін негізгі қозғалтқыш роторды синхронды жылдамдықтан жоғары қозғалысқа келтіреді, нәтижесінде қарама-қарсы ротор ағыны статор катушкаларында белсенді ток шығаратын статор катушкаларын кесіп тастайды, осылайша электр желісіне қуат жіберіледі. Индукциялық генератор қосылған жүйеден реактивті қуат алады, сондықтан оқшауланған қуат көзі бола алмайды.
• Ішінде Синхронды генератор (генератор), магнит өрісі үшін ток бөлек бөлінеді Тұрақты ток көзі.

Тұрақты ток генераторы

Тұрақты ток генераторы - бұл механикалық энергияны тұрақты токтың электр энергиясына айналдыратын машина. Әдетте тұрақты ток генераторында айнымалы токтың орнына тұрақты ток шығару үшін бөлінген сақинасы бар коммутатор болады.

Мотор

Электр қозғалтқышы түрлендіреді электр энергиясы ішіне механикалық энергия. Электр генераторларының кері процесі электр қозғалтқыштары өзара әрекеттесу арқылы жұмыс істейді магнит өрістері және ток өткізгіштер айналу күшін қалыптастыру. Қозғалтқыштар мен генераторлардың ұқсастықтары өте көп және электр қозғалтқыштарының көптеген түрлерін генераторлар ретінде де, керісінше де басқаруға болады. Электр қозғалтқыштары өнеркәсіптік желдеткіштер, үрлегіштер мен сорғылар, станоктар, тұрмыстық техника, электр құралдары, және диск жетектері. Олар тұрақты токпен немесе екі негізгі классификацияға әкелетін айнымалы токпен жұмыс істей алады: Айнымалы ток қозғалтқыштары және Тұрақты ток қозғалтқыштары.

Айнымалы ток қозғалтқышы

Ан Айнымалы ток қозғалтқышы айнымалы токты механикалық энергияға айналдырады. Ол әдетте екі негізгі бөліктен, айналмалы магнит өрісін шығаратын айнымалы токпен қамтамасыз етілген катушкалары бар сыртқы қозғалмайтын статордан және айналмалы өріс айналу моментін беретін білікке бекітілген ішкі ротордан тұрады. қозғалтқыштар қолданылатын ротор түрімен ерекшеленеді.

• Индукциялық (асинхронды) қозғалтқыш, ротордың магнит өрісі an арқылы жасалады индукцияланған ағымдағы. Индукциялық токты қамтамасыз ету үшін ротор статор магнит өрісіне қарағанда сәл баяу (немесе жылдамырақ) айналуы керек. Асинхронды қозғалтқыш роторларының үш түрі бар, олар тиін-торлы ротор, жара роторы және қатты ядролы ротор.
• Синхронды қозғалтқыш, ол индукцияға тәуелді емес, сондықтан жеткізу жиілігінде немесе суб-еселікте дәл айналуы мүмкін. Ротордың магнит өрісі сырғанау сақиналары арқылы берілетін тұрақты ток арқылы жасалады (қоздырғыш ) немесе тұрақты магнит арқылы.

Тұрақты қозғалтқыш

The щеткалы тұрақты электр қозғалтқышы ішкі коммутация, тұрақты магниттер мен айналмалы электр магниттерін пайдалану арқылы қозғалтқышқа берілетін тұрақты ток күшінен айналу моментін жасайды. Brеткалар мен серіппелер электр тогын коммутатор қозғалтқыш ішіндегі ротордың айналу сымының орамдарына. Қылқаламсыз тұрақты ток қозғалтқыштары роторда айналмалы тұрақты магнитті, ал қозғалтқыш корпусында қозғалмайтын электр магниттерін қолданыңыз. Қозғалтқыш контроллері тұрақты токты түрлендіреді Айнымалы. Бұл конструкция щеткамен жұмыс істейтін қозғалтқыштарға қарағанда қарапайым, өйткені ол қозғалтқыштың сыртынан айналдыру роторына күш беруді қиындатады, щеткасыз, синхронды тұрақты тоқ қозғалтқышының мысалы қадамдық қозғалтқыш толық айналымды көптеген қадамдарға бөлуге болатын.

Басқа электромагниттік машиналар

Басқа электромагниттік машиналарға мыналар жатады Амплидин, Синхрондау, Метадайн, Eddy ток ілінісі, Ағымдағы тежегіш, Эдди ток динамометрі, Гистерезис динамометрі, Айналмалы түрлендіргіш, және Уорд Леонард жиналды. Айналмалы түрлендіргіш - бұл механикалық түзеткіш, инвертор немесе жиілік түрлендіргіші ретінде жұмыс жасайтын машиналардың жиынтығы. Ward Leonard жиынтығы жылдамдықты басқаруды қамтамасыз ететін машиналардың жиынтығы. Басқа машиналық комбинацияларға Kraemer және Scherbius жүйелері жатады.

Трансформатор

Трансформатор - бұл түрлендіретін статикалық құрылғы айнымалы ток бір кернеу деңгейінен екінші деңгейге (жоғары немесе төмен) немесе сол деңгейге, жиілікті өзгертпестен. Трансформатор ауысады электр энергиясы бірінен тізбек арқылы басқаға индуктивті байланысқан өткізгіштер - трансформаторлық катушкалар. Әр түрлі электр тоғы бірінші немесе бастапқы орам әртүрлі болады магнит ағыны трансформатордың өзегінде және осылайша әр түрлі болады магнит өрісі арқылы екінші реттік орау. Бұл әртүрлі магнит өрісі индукциялайды әр түрлі электр қозғаушы күш (эмф) немесе «Вольтаж «екінші орамда. Бұл әсер деп аталады өзара индукция.

Трансформаторлардың үш түрі бар

1. Трансформаторды күшейту
2. Төменгі трансформатор
3. Оқшаулау трансформаторы

Құрылымға негізделген трансформаторлардың төрт түрі бар

1. негізгі түрі
2. қабық типі
3. қуат түрі
4. аспап түрі

Электромагниттік-роторлы машиналар

Электромагниттік-роторлы машиналар бұл роторда электр тогы бар, статор орамдарымен өзара әрекеттесетін магнит өрісін тудыратын машиналар. Ротор тогы тұрақты магниттегі ішкі ток, щеткалар арқылы роторға берілетін ток (Қылқалам машинасы) немесе әртүрлі магнит өрісі (Индукциялық машина) арқылы жабық ротор орамдарында орнатылған ток болуы мүмкін.

Тұрақты магнит машиналары

PM машиналары магнит өрісін орнататын роторда тұрақты магниттері бар. ПМ-дегі магниттік күш (спині теңестірілген электрондардың айналуынан пайда болады), әдетте, мыс катушкасында мүмкін болатыннан әлдеқайда жоғары. Мыс катушкасын ферромагниттік материалмен толтыруға болады, бұл катушканы әлдеқайда төмендетеді магниттік құлықсыздық. Қазіргі заманғы РМ-нің магнит өрісіНеодим магниттері ) күштірек, демек, РМ машиналары роторлы катушкалармен үздіксіз жұмыс істейтін машиналарға қарағанда айналу моменті / көлемі мен айналу моменті / салмағының арақатынасы жақсы. Бұл роторға асқын өткізгіштерді енгізген кезде өзгеруі мүмкін.

РМ машинасындағы тұрақты магниттер магниттік ауытқуды енгізгендіктен, ауа саңылауы мен катушкалардағы ауытқушылық онша маңызды емес. Бұл PM машиналарын жобалау кезінде айтарлықтай еркіндік береді.

Әдетте электр машиналарын шамадан тыс жүктеу, катушкалардағы ток машинаның бөліктерін зақымдайтын температураға дейін қыздырғанша болады. РМ машиналары шамалы жүктемеге ұшырауы мүмкін, өйткені катушкалардағы өте үлкен ток магниттерді магнитсіздендіру үшін жеткілікті күшті магнит өрісін тудыруы мүмкін.

Қылшықты машиналар

Қылшықты машиналар ротор катушкасы щеткалар арқылы токқа автомобильге электр тогымен берілетін тәсілмен берілетін машиналар ойын автоматы трек. Неғұрлым берік щеткаларды графиттен немесе сұйық металдан жасауға болады. Тіпті щеткаларды айналдыру моментін жасамай, трансформатор ретінде ротор мен статордың бір бөлігін пайдалану арқылы жоюға болады. Еткаларды коммутатормен шатастыруға болмайды. Айырмашылық мынада: щеткалар электр тогын қозғалатын роторға ғана жібереді, ал коммутатор ток бағытын ауыстыруды қамтамасыз етеді.

Темір бар (әдетте ламинатталған болат өзектері жасалған қаңылтыр ) статор катушкаларының артындағы қара темірден басқа статор катушкалары арасындағы ротор катушкалары мен темір тістері арасында. Ротор мен статор арасындағы саңылау да мүмкіндігінше аз болады. Мұның бәрі магниттік құлдырауды азайту үшін жасалады магниттік тізбек магнит өрісі ротор орамдары арқылы өтетін, осы машиналарды оңтайландыру үшін маңызды нәрсе.

Синхронды жылдамдықта тұрақты токпен статор орамаларына жіберілетін үлкен щеткалы машиналар ең көп таралған генератор болып табылады электр станциялары, өйткені олар да жеткізеді реактивті қуат торға, өйткені оларды турбинамен бастауға болады және бұл жүйеде машина контроллерсіз тұрақты жылдамдықта қуат шығара алады. Машинаның бұл түрін әдебиетте синхронды машина деп жиі атайды.

Бұл машинаны статор катушкаларын торға қосу және ротор катушкаларын түрлендіргіштен айнымалы ток беру арқылы да басқаруға болады. Артықшылығы - машинаның айналу жылдамдығын бөлшек номиналды инвертормен басқаруға болады. Осылайша жұмыс істеген кезде машина а деп аталады щеткалы қосарланған «индукциялық» машина. «Индукция» адастырады, өйткені индукция арқылы орнатылатын машинада пайдалы ток жоқ.

Индукциялық машиналар

Индукциялық машиналар ток орнатылатын және қолдайтын қысқа тұйықталған ротор катушкаларына ие болыңыз индукция. Бұл ротордың синхронды жылдамдықтан басқа айналуын талап етеді, сондықтан ротор катушкаларына статор катушкалары құратын әр түрлі магнит өрісі әсер етеді. Индукциялық машина - бұл асинхронды машина.

Индукция щеткаларды қажет етпейді, бұл әдетте электр машинасындағы әлсіз бөлік. Бұл сонымен қатар роторды өндіруді жеңілдететін конструкцияларға мүмкіндік береді. Металл цилиндр ротор ретінде жұмыс істейді, бірақ тиімділікті арттыру үшін әдетте «тиін торы» роторы немесе жабық орамалары бар ротор қолданылады. Асинхронды асинхронды машиналардың жылдамдығы жүктеменің жоғарылауымен азаяды, өйткені статор мен ротор арасындағы үлкен жылдамдық айырмасы жеткілікті ротор тогы мен ротордың магнит өрісін орнату үшін қажет. Асинхронды индукциялық машиналар жасауға болады, сондықтан олар айнымалы ток желісіне қосылған болса, ешқандай басқару құралдарынсыз іске қосылады және жұмыс істейді, бірақ іске қосу моменті аз.

Роторда асқын өткізгіштері бар индукциялық машина ерекше жағдай болады. Өткізгіштердегі ток индукция арқылы орнатылады, бірақ ротор синхронды жылдамдықпен жұмыс істейді, өйткені ротор тогын ұстап тұру үшін статордағы магнит өрісі мен ротордың жылдамдығы арасындағы жылдамдық айырмашылығының қажеті болмайды.

Тағы бір ерекше жағдай щеткасыз екі реттік индукциялық машина, онда статорда катушкалардың қосарланған жиынтығы бар. Статорда екі қозғалмалы магнит өрісі болғандықтан, синхронды немесе асинхронды жылдамдық туралы айтудың ешқандай мәні жоқ.

Релактикалық машиналар

Релактикалық машиналар роторда орамасы жоқ, тек ферромагниттік материал, статордағы «электромагниттер» ротордағы тістерді «ұстап», оны аздап алға жылжыта алатындай етіп жасалған. Содан кейін электромагниттер өшіріледі, ал роторды әрі қарай жылжыту үшін басқа электромагниттер жиынтығы қосылады. Тағы бір атау - бұл қозғалтқыш, ол жылдамдығы төмен және позицияны дәл басқаруға арналған. Резервативті машиналар өнімділігін жақсарту үшін статорда тұрақты магниттермен қамтамасыз етілуі мүмкін. Содан кейін «электромагнит» катушкадағы теріс ток жіберу арқылы «өшіріледі». Ағымдағы магнит оң болған кезде және ток күштірек магнит өрісін құру үшін ынтымақтасады, бұл кернеудің максималды айналу моментін ағымдарды максималды абсолютті шаманы жоғарылатпай жақсартады.

Электростатикалық машиналар

Жылы электростатикалық машиналар, айналу моменті ротор мен статордағы электр зарядын тарту немесе итеру арқылы жасалады.

Электростатикалық генераторлар электр зарядын құру арқылы электр энергиясын өндіреді. Ерте түрлері болды үйкеліс машиналар, кейінірек олар әсер ететін машиналар болды электростатикалық индукция. The Van de Graaff генераторы - бұл бүгінгі күнге дейін зерттеулерде қолданылатын электростатикалық генератор.

Гомополярлық машиналар

Гомополярлық машиналар айналдыру дөңгелегіне щеткалар арқылы ток берілетін тұрақты ток машиналары. Доңғалақ магнит өрісіне енгізіліп, айналу моменті магнит өрісі арқылы дөңгелектің шетінен ортасына қарай қозғалу кезінде пайда болады.

Электр машиналарының жүйелері

Электр машиналарының оңтайландырылған немесе практикалық жұмысы үшін қазіргі кездегі электр машиналарының жүйелері электронды басқарумен толықтырылған.

Әдебиеттер тізімі

• Чепмен, Стивен Дж. 2005. Электр машиналарының негіздері. 4-ші басылым. Нью-Йорк: МакГрав Хилл.

Әрі қарай оқу

• Чисхольм, Хью, ред. (1911). «Электр машинасы». Britannica энциклопедиясы. 9 (11-ші басылым). Кембридж университетінің баспасы. 176–179 бб. Мұнда электр машиналарының заманауи тарихы мен күйі туралы толық зерттеу бар.