В зависимости от того, в каком направлении движется охлаждающий воздух по телу ротора различают две основные системы вентиляции: радиальную и осевую. При радиальной вентиляции охлаждающая среда перемещается в радиальном направлении от вала к периферии ротора через промежутки между пакетами стальных листов, образующих сердечник ротора. При осевой вентиляции в сердечнике ротора устраивают осевые каналы, сквозь которые прогоняется воздух параллельно валу машины. Радиальная система вентиляции проста в конструктивном отношении и надежна, потери энергии на вентиляцию малы и теплоотдача равномерна. Однако она некомпактна и неустойчива в отношении количества протекающего через машину воздуха. В машинах малой и частично средней мощности лучшие результаты дает осевая вентиляция, а в машинах средней и большой мощности - радиальная.

3) машины с посторонним охлаждением, в которых охлаждающий воздух (или водород) прогоняется по трубам вентилятором. Такое охлаждение применяют для машин большой мощности.

В трансформаторах используется воздушное (в сухих) и масляное охлаждение. В сухих трансформаторах нагретые поверхности обмоток и магнитопровода отдают тепло омывающему их воздуху путем конвекции и излучения. В масляных трансформаторах тепловая энергия передается в окружающую среду специальным трансформаторным маслом, заливаемым в металлический бак, в котором помещен трансформатор. Трансформаторное масло является хорошей охлаждающей средой и хорошим изоляционным материалом, который обеспечивает высокую электрическую прочность трансформатора при сравнительно малых изоляционных промежутках. Последнее свойство позволяет создавать компактные конструкции обмоток и магнитопровода, а масляное охлаждение дает возможность применять более высокие электромагнитные нагрузки активных материалов (плотности тока и магнитной индукции) и делать трансформаторы с малой массой этих материалов.

По способу защиты от влияния внешней среды различают открытое, защищенное, брызгозащищенное, водозащищенное, герметическое и взрывобезопасное исполнения машин. Открытой считается машина, у которой вращающиеся и токоведущие части не имеют защитных приспособлений. В защищенной машине есть специальные защитные приспособления, препятствующие проникновению внутрь машины посторонних предметов, а также защищающие от случайных прикосновений к токоведущим или вращающимся частям. В брызгозащищенной машине есть специальные защитные приспособления, предохраняющие от попадания внутрь водяных капель, падающих сверху под углом до 45° к вертикали. Водозащищенной считается машина, закрытая со всех сторон (негерметически плотно) и выдерживающая испытание обливанием струей воды. В герметической машине плотно закрытый корпус не допускает проникновения влаги внутрь машины при ее погружении в воду. Взрывобезопасная машина должна противостоять взрыву газа внутри машины и не передавать его во внешнюю среду.

Раздел I

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Глава 1

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 1.1. Принцип действия машин постоянного тока

Простейшим генератором постоянного тока может служить виток из проводника в виде рамки, вращающейся в магнитном поле между двумя постоянными магнитами N и S (рис. 1.1). Концы вит-

ка abed присоединяются к двум медным пластинам коллектора, изолированным друг от друга и от вала, на котором они помещены. На пластинах помещены неподвижные щетки А и В, к которым присоединена внешняя цепь, состоящая из каких-либо приемников электроэнергии. При вращении витка с постоянной частотой проводники аЬ и cd пересекают магнитные линии, при этом в проводниках индуктируется э. д. с. При равномерном распределении магнитного поля в пространстве э. д. с. проводника

где со = 2я/ - угловая частота; / - частота э. д. с.

Таким образом, при условии равномерного распределения магнитного поля в витке индуктируется переменная синусоидальная э. д. с. (рис. 1.2, а). Направление индуктируемой в проводнике

Рис. Схема работы машины постоянного тока

Рис. 1.2. Э. д. с, индуктируемая в витке (а) и на внешнем участке цепи (б)

е=Е sin (ot,

(1.1)

э. д. с. определяется правилом правой руки, т. е. при перемещении проводника ab под северным полюсом в нем наводится э. д. с, направленная из-за плоскости чертежа, а когда он проходит под южным полюсом,- за плоскость чертежа. Таким образом, в проводнике ab наводится переменная во времени э. д. с, изменяющая свое направление 2 раза за один оборот витка. Время Т, за которое изменяется э. д. с, называют периодом. Число периодов в одну секунду называют частотой. В общем случае, когда машина имеет р пар полюсов, частота наводимой э. д. с. увеличивается пропорционально р, т. е. f=pn, где п - частота вращения витка в секунду.

Для нормальной работы генератора нужно установить щетки так, чтобы наводимая в витке э. д. с. была равна нулю в момент перехода щетки с одной пластины на другую Каждая из щетск будет соприкасаться только с той коллекторной пластиной и соответственно только с тем из проводников, которые находят под полюсом данной полярности. Например, в момент времени, показанный на рис. 1.1, щетка А соприкасается с пластиной / и имеет положительный потенциал, так как к ней подводится э. д. с. от проводника ab, находящегося под северным полюсом. При повороте якоря на 90° виток будет расположен так, что его проводники перемещаются вдоль магнитных линий поля, не пересекая их. Поэтому э. д. с, наведенная в витке, равна нулю. Щетки соединяют коллекторные пластины между собой и тем самым замыкают виток накоротко. При повороте витка на 180° щетка А соприкасается с пластиной 2, но по-прежнему она имеет положительный потенциал, так как к ней подводится э. д. с. от проводника ей, заменившего проводник ab под северным полюсом. Аналогично можно видеть, что щетка В имеет всегда только отрицательный потенциал. Таким образом, по витку abed по-прежнему протекает переменный ток; при этом по внешнему участку цепи ток проходит только в одном направлении, а именно от положительной щетки А к отрицательной щетке В, т. е. происходит выпрямление переменной э. д. с, наведенной в витке, в пульсирующую на внешнем участке цепи (рис. 1.2, б). Как видно из рисунка, кривая э. д. с. помимо постоянной содержит большую переменную составляющую, называемую пульсацией э. д. с. Для ее уменьшения следует увеличить число коллекторных пластин. Если, например, в магнитном поле полюсов поместить два витка, оси которых сдвинуты на 90° в пространстве, и концы этих витков соединить с четырьмя коллекторными пластинами, то при вращении витков индуктируемые в них э. д. с. окажутся сдвинутыми по фазе на угол я/2. Щетки в такой машине надо поместить так, чтобы они соприкасались с пластинами того витка, в котором в данный момент э. д. с. имеет наибольшее значение и на щетках будет э. д. с, пульсация которой много меньше, чем при двух коллекторных пластинах. При дальнейшем увеличении числа коллекторных пластин пульсация уменьшается и при 16 пластинах на пару полюсов становится менее 1%.

В действительности распределение магнитного поля в пространстве неравномерно (рис. 1.3). Для увеличения э. д. с. (напряжения)