Характеристика основных типов электрических машин

Электрические машины - это вращающиеся электромагнитные механизмы, предназначенные для преобразования:

- механической энергии в электрическую (генераторы);

- электрической в механическую (двигатели);

- электрической энергии одного вида или напряжения в электрическую энергию другого вида или напряжения (электромашинные преобразователи).

Существует ряд электрических машин, не являющихся преобразователями энергии, а использующихся для преобразования информации, например, угла или угловой скорости в электрический сигнал (сельсины, вращающиеся трансформаторы, тахогенераторы постоянного и переменного тока). Такие машины относятся к группе специальных электрических машин.

Трансформаторы являются статическими электромагнитными преобразователями энергии переменного тока, т.е. неэлектрическими машинами. Но их теория работы имеет много общего с теорией электрических машин. Поэтому трансформаторы изучаются вместе с электрическими машинами.

Классификацию электрических машин можно проводить по целому ряду признаков, например: по роду тока (электрические машины постоянного и переменного тока), по принципу работы или назначению (электрические генераторы и двигатели) и по наличию контактных элементов (контактные или коллекторные электрические машины и бесконтактные или бесколлекторные). Трансформаторы будем классифицировать только по числу фаз (рис.1).

 

Рис.1. Классификация электрических машин

Современные тенденции и перспективы развития

Электромашиностроения

Проблемы и перспективы развития электрических машин неразрывно связаны с перспективами создания новых систем электроснабжения и электропривода.

Источники электрической энергии как постоянного, так и переменного тока в настоящее время развиваются в нескольких направлениях.

Первое - стремление уменьшить массу в одной единице машины. С этой целью уже идет переход к объединенной конструкции привода постоянной скорости и генератора, что позволяет убрать один подшипник и подшипниковый щит - созданы интегральные привод-генераторы. При использовании в приводе постоянной скорости масла в качестве рабочего тела легко решается проблема охлаждения генератора.

Второе - имеет большую перспективу в уменьшении массы и габаритов синхронных электрических машин, связанную с применением для их возбуждения постоянных магнитов на основе редкоземельных металлов. Они имеют высокую удельную магнитную энергию, которая во много раз превышает магнитную энергию электромагнитов равного объема. Однако эти постоянные магниты пока слишком дороги. Поэтому для массового применения они еще ограничены.

В коллекторных двигателях и генераторах постоянного тока остался самый ненадежный в эксплуатации элемент - щеточно-коллекторный узел, который создает много трудностей и при изготовлении и существенно снижает эксплуатационную надежность таких электрических машин. Но двигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства в отличие от трехфазных асинхронных двигателей. Поэтому идея создания бесколлекторного двигателя постоянного тока занимает умы специалистов уже около полувека. Сущность идеи заключается в замене механического коммутатора (коллектор - щетки) полупроводниковым, что стало возможным сейчас при достаточно развитой базе управляемой силовой полупроводниковой техники.

В настоящее время интенсивно разрабатываются бесконтактные двигатели постоянного тока (БДПТ) на различные мощности. Конструктивно они представляют собой синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов на роторе. Катушки обмоток статора получают энергию от сети постоянного тока через специальный полупроводниковый коммутатор (инвертор), позволяющий регулировать частоту вращения двигателя в необходимых пределах или стабилизи­ровать ее. Механические характеристики БДПТ могут быть от абсолютно жестких, как у синхронного двигателя, до характеристик, соответствующих обычным коллекторным двигателям постоянного тока.

Применение бесколлекторных генераторов и бесконтактных двигателей постоянного тока позволит повысить надежность и улучшить эксплуатационные показатели систем электроснабжения и силового электропривода.

Кроме того, в настоящее время широко используются при производстве электрических машин самые современные конструкционные и изоляционные материалы, нанотехнологии.