Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
2. Основные теории представления ЭМ. Обобщенная ЭМ. Асинхронная и синхронная ЭМ. Обобщенная электрическая машина
Электродвигатель может быть представлен в виде электромеханического многополюсника. Электромеханический преобразователь имеет n-пар электрических выводов, соответствующих n-обмоткам двигателя, и одну пару механических выводов, на которых в результате электромеханического преобразования энергии при скорости ω развивается электромагнитный момент двигателя М. Как правило, двигатели являются многофазными электрическими машинами. С увеличением числа фаз возрастает число уравнений, описывающих электромагнитные и электромеханические процессы. В теории электрических машин доказано, что любая многофазная машина с n-фазной обмоткой статора и m-фазной обмоткой ротора может быть представлена двухфазной моделью. Поэтому математическое описание процессов во вращающейся электрической машине получают на основе рассмотрения её двухфазной модели, которая получила название обобщенной электрической машины (рис. 3.2). Асинхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической эн Принцип действия Асинхронная машина основана на использовании вращающегося магнитного поля. На статоре расположена обмотка, которая при подключении к сети тока, создает вращающееся магнитное поле. Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это магнитное поле индуцирует в обмотках ЭДС. При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим магнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение механизм. Обычно угловая скорость ротора w2 не равна угловой скорости магнитного поля w1, отсюда и название – асинхронной машины. Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре. Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор. Наиболее частым исполнением является такое исполнение, при котором якорь располагается на статоре, а на отделённом от него воздушным зазором роторе находится индуктор. Принцип действия Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щетка - кольцо), в маломощных — постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники.) |
3. Основные теории представления ЭМ. Обобщенная ЭМ (2). Машины постоянного тока. Трансформаторы. Машина постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести — если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую — то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило, предназначены заводом изготовителем для одного определенного режима работы — или в режиме генератора, или электродвигателя. Электродвигатель Электродвигатели постоянного тока стоят почти на каждом автомобиле — это стартер, электропривод стеклоочистителя, вентилятор отопителя салона и др. В роли индуктора выступает статор, на котором расположена обмотка. На неё подаётся постоянный ток, в результате чего вокруг неё создаётся постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, запитанных через коллектор. В результате на них действуют пары сил Ампера, которые вызывают вращающий момент. Направление сил определяется по правилу «буравчика». Однако этот вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, после чего он остановится. Чтобы это предотвратить, используется щёточно-коллекторный узел, выполняющий роль переключателя полюсов и датчика положения ротора (ДПР). Генератор В генераторе индуктором также является статор, создающий постоянное магнитное поле между соответствующими полюсами. При вращении ротора, в проводниках обмотки якоря, перемещающихся в магнитном поле, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Переменная ЭДС обмотки якоря выпрямляется с помощью коллектора, через неподвижные щетки, посредством которых обмотка соединяется с внешней сетью. Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, который служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты. Трансформаторы не имеет значительных потерь мощности. Трансформатор состоит из нескольких проволочных обмоток, находящихся на магнитопроводе (сердечнике) из ферромагнитного сплава. Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку трансформатора, подаётся напряжение от внешнего источника переменного тока. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора создаёт в обмотках ЭДС индукции, в том числе и в первичной обмотке. |
9. Параметры и режимы работы трансформатора при х.х. Уравнения электрического состояния.В зависимости от величины сопротивления нагрузки трансформатор может работать в трех режимах: 1. Холостой ход при сопротивлении нагрузки zн = ∞. 2. Короткое замыкание при zн = 0. 3. Нагрузочный режим при 0 < zн < ∞. Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение, называется холостым ходом трансформатора. Это такой режим при котором к первичной обмотке трансформатора подведено напряжение сети, а вторичная обмотка разомкнута. Поскольку вторичная обмотка разомкнута, то ток в ней отсутствует. Ток первичной обмотки будет равен току холостого хода I1 = I0, которые составляет 2 - 10% от номинального тока первичной обмотки для силовых трансформаторов. Причем, чем больше мощность трансформатора, ток меньше ток холостого тока. Для однофазного трансформатора на основе данных опыта холостого хода можно рассчитать: - коэффициент трансформации – процентное значение тока холостого хода – активное сопротивление ветви намагничивания r0, определяемое из условия – полное сопротивление ветви намагничивания – индуктивное сопротивление ветви намагничивания Часто определяют также коэффициент мощности холостого хода: Уравнения электрического состояния(записала на листочке) |
6. Трансформаторы. Общее устройство трансформатора. Классификация трансформатора. Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, который служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты. Основными частями конструкции трансформатора являются: магнитопровод обмотки каркас для обмоток изоляция система охлаждения прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т. п.) Трансформаторы в зависимости от конфигурации магнитопровода подразделяют на стержневые, броневые и тороидальные. Классификация трансформаторов по числу и схемам соединения обмоток Трансформаторы имеют две или несколько обмоток, индуктивно связанных друг с другом. Обмотки, потребляющие энергию из сети, называются первичными. Обмотки, отдающие электрическую энергию потребителю, называются вторичными. Многофазные трансформаторы имеют обмотки, соединенные в многолучевую звезду или многоугольник. Трехфазные трансформаторы имеют соединение в трехлучевую звезду и треугольник. Повышающие и понижающие трансформаторы В зависимости от соотношения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформаторы делятся на повышающие и понижающие. В повышающем трансформаторе первичная обмотка имеет низкое напряжение, а вторичная — высокое. В понижающем трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет низкое напряжение, а первичная — высокое. Трансформаторы, имеющие одну первичную и одну вторичную обмотки, называются двухобмоточными. Достаточно широко распространены трехобмоточные трансформаторы, имеющие на каждую фазу три обмотки, например две на стороне низкого напряжения, одну — на стороне высокого напряжения или наоборот. Классификация трансформаторов по конструкци По конструкции силовые трансформаторы делят на два основных типа — масляные и сухие. В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками находится в баке, заполненном трансформаторным маслом, которое является хорошим изолятором и охлаждающим агентом. Сухие трансформаторы охлаждаются воздухом. Они применяются в жилых и промышленных помещениях, в которых эксплуатация масляного трансформатора является нежелательной. Трансформаторное масло является горючим, и при нарушении герметичности бака масло может повредить другое оборудование. |
|||||
|
5. Конструкционные и изоляционные материалы, применяемые в электромашиностроении. Материалы, применяемые в электромашиностроительной промышленности, в значительной степени определяют технические показатели электрических машин. Применяемые в электропромышленности материалы делятся на три группы: конструктивные, активные и электроизоляционные. Из конструктивных материалов изготовляются части машины, несущие механическую нагрузку. В электромашиностроении применяются в основном те же конструктивные материалы, что и в общем машиностроении. К ним относятся сталь, чугун, цветные металлы и пластмассы. Активные материалы служат для проведения магнитного потока машины и электрического тока и делятся на токопроводящие и магнитопроводящие. Электроизоляционные материалы применяются для электрической изоляции токоведущих частей машины. Изоляция обмоточных проводников машины в значительной мере определяет ее технико-экономические показатели и эксплуатационные качества. От толщины изоляции существенно зависят габариты и вес машины. Применяемые изоляционные материалы должны иметь высокую электрическую прочность, быть на-грево-, влаго- и химически стойкими. Изоляция должна также обладать высокими удельными сопротивлениями и малыми диэлектри- . ческими потерями. От твердых материалов требуется достаточная механическая прочность. |
7. Трансформаторы (6). Основные принципиальные и конструктивные типы выполнения трансформаторов. Конструктивное выполнение трансформаторов зависит от их мощности, назначения, частоты питающей сети и ряда других факторов. При конструировании стремятся получить трансформаторы с наименьшими размерами, весом, стоимостью и наибольшим к.п.д. Удовлетворение этих требований зависит от правильного выбора материала и конфигурации сердечника, рационального выбора провода и выполнения обмоток. В зависимости от конфигурации сердечника различают трансформаторы трёх типов: стержневого, броневого, тороидального. |
8.Трансформаторы (6). Условия работы трансформатора. Вывод уравнения ЭДС трансформатора. Для увеличения мощности трансформаторы включают параллельно. Существуют условия параллельного включения трансформаторов Первое и пожалуй, наиболее важное - это соответствие фазировки двух трансформаторов. При несоблюдении этого условия, и включении их на одни шины произойдет междуфазное короткое замыкание. Фазировка высоковольтного оборудования выполняется довольно легко, по цепям вторичного напряжения, снимаемым с обмоток трансформаторов напряжения. Вторым непременным условием параллельной работы этих электрических машин, является равенство первичных и вторичных напряжений. Тут все предельно понятно: нельзя включить трансформатор на напряжение, которое не соответствует его классу изоляции. Третьим условием является равенство напряжений короткого замыкания. Термин напряжение короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора. Чем выше Uкз, тем больше сопротивление обмотки. Четвертое условие – одинаковые группы соединения обмоток. Его невыполнение приведет к появлению уравнительных токов, так как фазы будут сдвинуты на определенный угол. При прохождении основного магнитного потока по сердечнику в первичной цепи возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной цепи ЭДС - взаимоиндукции, которые определяются по закону магнитодвижущих сил – закону Максвелла – Фарадея:
где e – изменение потокосцепления во времени. |
4. Типы ЭМ. Принцип построения и общее устройство ЭМ. В зависимости от рода отдаваемого или потребляемого тока электрические машины разделяются на машины переменного и постоянного тока. Машины переменного тока делятся на синхронные, асинхронные и коллекторные. По числу фаз: однофазные, трехфазные, конденсаторные. По назначению (основной признак). 1. Двигатели (преобразование электрической энергии в механическую). 2. Генераторы (преобразование механической энергии в электрическую). 3. Электромашинные преобразователи (переменного тока в постоянный, ток одной частоты в ток другой частоты). 4. Электромагнитные усилители (для усиления мощности электрических сигналов). 5. Синхронные компенсаторы (для повышения cosj и повышения компенсации). 6. Индукционные регуляторы (для регулирования величины U). 7. Тагоконденсаторы (для получения электрического сигнала, прямо-пропорционального частоте вращения). 8. Сельсины, или вращающийся трансформатор (для получения электрического сигнала, прямо прпорционального углу поворота вала). Отдельную группу составляют трансформаторные электрические машины. |
|||||
|
10. Работа трансформатора под нагрузкой. Вывод уравнения равновесия ЭДС. Работа трансформатора под нагрузкой В режиме нагрузки первичная обмотка трансформатора включена на номинальное первичное напряжение, а ко вторичной обмотке подключен приемник (см рис.4.4). В этом случае можно выделить три потока: основной поток Ф , сцепленный с первичной и вторичной обмотками, поток рассеяния первичной обмотки Фрас1 и поток вторичной обмотки Фрас2. Нагрузочный режим позволит построить внешние характеристики и определить КПД (η) трансформатора. С увеличением нагрузки изменяется напряжение на вторичной обмотке. Зависимость этого напряжения от нагрузки выражается графически внешними характеристиками трансформатора U2 = f (I2). Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки и от величины коэффициента мощности cos φ2. При активной и активно-индуктивной нагрузках внешние характеристики имеют падающий вид, при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис.4.5). На основании Т-образной схемы замещения рис.1.2а можно записать следующие уравнения равновесия напряжений (ЭДС) трансформатора: U1 = –E1+I1(R1+jX1)= –E1+I1Z1 , (1) U2’= E2’ – I2’ (R2’+jX2’ )= E2’ – I2’Z2’ . (2) 21. АЭМ (2). Скольжение. ЭДС обмоток ротора и статора. Скольжение – разность скоростей вращения ротора и магнитного потока статора. s = (n1 - n2) / n2, где n1- синхронная скорость вращения поля, об/мин, n2 - скорость вращения ротора асинхронного двигателя, об/мин. ЭДС обмотки статора. ЭДС обмотки статора e1наводится вращающимся магнитным потоком. По аналогии с трансформатором можно написать, что ЭДС фазы обмотки статора определяется формулой: Е1=4,44kоб1w1f1Фm где w1 – число витков обмотки статора;kоб1 - обмоточный коэффициент, который учитывает укорочение шага обмотки, ее распределение по нескольким пазам и скос пазов. ЭДС обмотки ротора. По аналогии с трансформатором можно написать выражение для ЭДС неподвижного ротора: Е2=4,44kоб2w2f1Фm |
19. АЭМ (2). Общее устройство АЭМ, АЭМ с короткозамкнутой обмоткой ротора, АЭМ с фазной обмоткой ротора. Устройство трехфазных АЭМ Асинхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного стотора и вращающегося ротора. Статор двигателя состоит из станины, в которую впрессовывают так называемое электромагнитное ядро статора, включающее магнитопровод и трехфазную распределенную обмотку статора. Назначение ядра - намагничивание машины или создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод статора состоит из тонких (от 0,28 до 1 Мм) изолированных друг от друга листов, штампованных из специальной электротехнической стали. Листы собирают и скрепляют таким образом, что в магнитопроводе формируются зубцы и пазы статора (рис. 1.б). Магнитопровод представляет собой малое магнитное сопротивление для магнитного потока, создаваемого обмоткой статора, и благодаря явлению намагничивания этот поток усиливает. Асинхронные двигатели подразделяются на два основных типа: с короткозамкнутым и фазным ротором (последние называют двигателями с контактными кольцами). Рассматриваемые двигатели имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь выполнением ротора. Схемы асинхронной машины: а) асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; 6) асинхронный двигатель с фазным ротором; 1 — обмотки статора, 2 — ротор с короткозамкнутыми стержнями, 2' — обмотки фазного ротора, 3 — контактные кольца, 4 — сопротивления в цепи фазного ротора. Двигатели с короткозамкнутым ротором На статоре расположена трехфазная обмотка, которая при включении к сети трехфазного тока создает вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки, является короткозамкнутой и никаких выводов не имеет. Беличья клетка состоит состоит из алюминиевых или медных стержней, накоротко замкнутых с торцов двумя кольцами. Устройств АД с короткозамкнутым ротором: корпус, сердечник статора, сердечник ротора, обмотка ротора – беличья клетка, обмотка статора, вентиляционные лопатки ротора, подшипниковый щит, кожух вентилятора, вентилятор. Двигатели с фазным ротором Обмотка статора выполнена так же, как и в двигателях с короткозамкнутым ротором. Ротор имеет трехфазную обмотку с тем же числом полюсов. Обмотку ротора обычно соединяют по схеме Υ, три конца которой выводят к трем контактным кольцам, вращающимся вместе с валом машины. С помощью металлографитных щеток, скользящих по контактным кольцам, в ротор включают пусковой или пускорегулирующий реостат, т. е. в каждую фазу ротора вводят добавочное активное сопротивление. Устройство АД с фазным ротором: обмотка статора; сердечник статора; корпус; сердечник ротора; обмотка ротора; вал; кольца; пусковой реостат. Главные отличия: В короткозамкнутом роторе концы обмоток накоротко замкнуты, а в фазном роторе концы обмоток выведены на контактные кольца. |
12. Внешняя характеристика трансформатора (6). Потери и КПД трансформатора. В трансформаторе возникает два вида потерь мощности: - Электрические потери Рэл - возникают в обмотках трансформатора и обусловлены их нагреванием при протекании по ним электрического тока. - Магнитные потери Рм - возникают в магнитопроводе из-за переменного магнитного поля КПД трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе трансформатора к активной мощности на выходе первичной обмотки. КПД трансформатора зависит: 1) от конструкции трансформатора; 2) от степени загрузки трансформатора (рис 4.9, Максимальный КПД будет у трансформатора с коэффициентом загрузки β = 0,45..0,65 ()); 3) от характера нагрузки (наибольший КПД трансформатор имеет при активной нагрузке). 17. Основные уравнения и векторная диаграмма трансформатора(в расчетке). 18. Асинхронные ЭМ. Асинхронная машина, представленная в виде обобщенной ЭМ (2). 20. АЭМ (2). Принцип получения вращающегося магнитного поля (2). 22. АЭМ (2). Уравнения электрического состояния(9). 24. АЭМ(2). Вращающий момент(23). Вывод зависимости. 48. Асинхронные машины. Переходные процессы. Начало разбега а.д. 49. Асинхронные машины. Исследование электромагнитных переходных процессов в общем случае. 54. Асинхронная электрическая машина. Электромагнитные моменты и силы от высших гармоник магнитного поля. Асинхронные и синхронные моменты. 55. (23) Асинхронная электрическая машина. Схемы замещения + первый вопрос. |
13. Специальные типы трансформаторов. Автотрансформаторы, магнитные усилители. Трансформаторы для преобразования частоты. Наиболее часто в электротехнических установках используются следующие специальные типы трансформаторов: автотрансформаторы, многообмоточные и трехфазные трансформаторы. Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого имеется только одна обмотка, часть которой принадлежит одновременно вторичной и первичной цепям Схема однофазного трансформатора Многообмоточные (одна первичная и несколько вторичных) трансформаторы используются в радиотехнических схемах для получения нескольких напряжений. В трехфазной сети переменного тока преобразование напряжений осуществляется с помощью трехфазного трансформатора с общим для трех фаз сердечником. Магнитным усилителем называют электромагнитный аппарат, служащий для плавного регулирования переменного тока, поступающего к нагрузке, путем изменения индуктивного сопротивления XL катушки с ферромагнитным сердечником, включенной последовательно с нагрузкой. Принцип действия магнитного усилителя основан на изменении индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником при подмагничивании ее постоянным током. С использованием трансформаторов выполняют схемы для удвоения и утроения частоты питающего напряжения. Удвоение частоты осуществляют с помощью трансформатора, магнитная система которого состоит из двух независимых магнитопроводов α и β (рис. 1). Первичная обмотка, имеющая число витков w1 и включаемая в сеть с частотой f1 охватывает оба магнитопровода. Магнитопроводы α и β обмоткой О, состоящей из двух частей, подмагничиваются таким образом, что усиливается поток магнитопровода α и ослабляется поток магнитопровода β. Схема удвоителя частоты (Рис. 1) Утроитель частоты состоит из трех однофазных трансформаторов, работающих при сильно насыщенном сердечнике. Первичные обмотки соединены «звездой», а вторичные — последовательно. Как известно, намагничивающий ток имеет сложную форму кривой и помимо основной гармонической составляющей имеет третью, изменяющуюся с частотой f3 = 3f1. Схема утроителя частоты(Рис. 3) |
|||||
|
14. Специальные типы трансформаторов (13). Трехфазные трансформаторы. Схема соединения. Обозначение выводов. Трехфазные трансформаторы изготовляют главным образом стержневыми. Три одинаковых однофазных трансформатора выполнены так, что их первичные и вторичные обмотки размещены на одном стержне сердечника, а другой стержень магнитопровода каждого трансформатора не имеет обмотки. Схема построения трехфазного трансформатора. Группы соединения трансформаторов |
15. Переходные процессы в трансформаторах. Включение трансформатора. Переходные процессы в трансформаторе Переходные процессы в трансформаторе возникают при любом изменении нагрузки или напряжения сети. Во время переходных процессов токи трансформатора могут во много раз превышать их номинальные значения, что может привести к недопустимому возрастанию электромагнитных сил, действующих на обмотки, и температуры обмоток. Анализ переходных процессов в трансформаторе позволяет принимать обоснованные решения при разработке его конструкции и формировании требований к условиям эксплуатации трансформатора и средствам его защиты. Переходный процесс при включении трансформатора Рассмотрим переходный процесс при включении однофазного трансформатора в сеть с напряжением u1=U1m cos(ωt + ψ). Вторичную обмотку для простоты будем полагать разомкнутой (рис. 2.47). При этих условиях процессы в трансформаторе описываются уравнением
Характер переходного процесса зависит от начальной фазы ψ напряжения сети в момент включения. При ψ = ±90o свободная составляющая имеет наибольшее значение (рис. 2.48). В этом случае поток Ф через полпериода после включения (ωt = π) имеет максимальное значение Фmax=2Фm, так как свободная составляющая затухает очень медленно из-за малости r1. Почти удвоенное значение потока приведет к сильному насыщению магвитопровода. При этом ток включения может превысить его установившееся значение в 100 и более раз (рис. 2.49). Это явление необходимо учитывать при настройке токовой защиты трансформатора. |
16. Переходные процессы в трансформаторах(15). Внезапное к.з. в трансформаторе. Переходный процесс при коротком замыкании трансформатора В условиях эксплуатации короткие замыкания обычно возникают внезапно в результате различного рода аварий в электрических сетях. При этом в трансформаторе происходит переходный процесс, сопровождающийся большими значениями токов в обмотках. Анализ переходного процесса позволяет при внезапном коротком замыкании оценить уровень этих то ков в зависимости от различных влияющих факторов. Изменение тока i1 для случая ψ = φк - π показано на рис. 2.52. Ток короткого замыкания достигает максимального значения i1max через полпериода после начала аварии, Рис.2.52 |
11. Параметры и режимы работы при к.з. Опыт к.з. Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор. При опыте короткого замыкания вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к первичной обмотке подводят пониженное напряжение, повышая его от нуля до некоторого значения UK , при котором токи короткого замыкания равны номинальным токам. В этом случае снимают показания приборов и строят характеристики короткого замыкания: |
|||||
|
23 (40). АЭМ(2). Схема замещения. Ток ротора. Схема замещения позволяет определить токи, потери мощности и падения напряжения в асинхронной машине. При этом нужно учитывать, что в обмотке вращающегося ротора проходит ток, действующее значение и частота которого зависят от частоты вращения. Т-образная схема замещения асинхронного двигателя Полная схема замещения асинхронного двигателя при вращающемся роторе отличается от схемы замещения асинхронного двигателя с заторможенным ротором только наличием в цепи ротора активного сопротивления, зависящего от нагрузки. Эту схему замещения называют Т-образной. Г-образная схема замещения асинхронного двигателя Схема замещения асинхронного двигателя: а — нормальная (Т-образная); б — с вынесенным намагничивающим контуром (Г-образная) Векторная диаграмма Принцип действия Асинхронная машина основана на использовании вращающегося магнитного поля. На статоре расположена обмотка, которая при подключении к сети тока, создает вращающееся магнитное поле. Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это магнитное поле индуцирует в обмотках ЭДС. При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим магнитным полем создается вращающий электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение механизм. Обычно угловая скорость ротора w2 не равна угловой скорости магнитного поля w1, отсюда и название – асинхронной машины. 37. А.Д. Скольжение. Скольжение асинхронного двигателя — относительная разность скоростей вращения ротора и магнитного потока, создаваемого обмотками статора двигателя переменного тока. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах. , где - скорость вращения ротора асинхронного двигателя - скорость вращения магнитного потока, называется синхронной скоростью двигателя.
где f - частота сети переменного тока p - число пар полюсов обмотки статора (число пар катушек на фазу). Из последней формулы видно, что скорость вращения двигателя n практически определяется значением его синхронной скорости, а последняя при стандартной частоте 50 Гц зависит от числа пар полюсов: при одной паре полюсов - 3000 об/мин, при двух парах - 1500 об/мин, при трёх парах - 1000 об/мин и т. д. |
30.А.д. Анализ процесса пуска А.Д. Работа любого асинхронного двигателя начинается с его пуска. Процесс пуска является переходным процессом. Однако его анализ можно выполнить с помощью статических характеристик и , соответствующих установившимся режимам работы двигателя при различных скольжениях. Это обусловлено быстрым затуханием свободных составляющих токов двигателя. Вынужденные составляющие могут быть рассчитаны по схеме замещения (рис. 4.8). При ток двигателя определяется его сопротивлением короткого замыкания. Величина этого сопротивления в относительных единицах , поэтому начальный пусковой ток составляет . По мере разгона двигателя ток медленно уменьшается (рис. 4.24). Для успешного пуска двигателя начальный пусковой момент должен быть больше внешнего . В начале разгона момент двигателя несколько уменьшается до величины , а затем растет до .
Повышенный пусковой ток представляет опасность и для самого двигателя вследствие увеличения электродинамических усилий в лобовых частях обмотки статора и повышения температуры обмоток. При частых или затяжных пусках температура обмоток может превысить допустимые пределы. 38. МДС обмоток переменного тока. ЭДС обмоток статора и ротора. МДС и магнитное поле. Вращающееся магнитное поле статора, созданное МДС токов статора, наводит в обмотке ротора ЭДС и при замкнутой обмотке ротора в ней протекают токи, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120°. Аналогично статору МДС ротора создают свое вращающееся поле. Потоки и ЭДС рассеяния. Так же как и в трансформаторе, кроме главного магнитного ‘потока, существу ют потоки рассеяния: Ф1d , охватывающий только катушки статора, и Ф2d , охватывающий только катушки ротора. Эти потоки наводят ЭДС рассеяния e1d,e2d или в комплексной форме. |
31. Асинхронная электрическая машина. Реостатный пуск. Автотрансформаторный пуск. Пуск переключения со звезды на треугольник. Реостатный пуск Если не требуются большие значения пусковых моментов, то на практике часто прибегают к реостатному способу пуска. Схема реостатного пуска:
Суть способа состоит в том, что в момент пуска, двигатель подсоединен к реостатам, затем с помощью контактора k2, реостаты закорачиваются. Таким образом, часть напряжения питающей сети падает на них, при этом двигатель разгоняется на пониженном напряжении. Это позволяет снизить практически в два раза пусковые токи, по сравнению с токами на полном напряжении и в квадрат раз снизить пусковой момент. Естественно, это лишает этот метод некоторых недостатков, которые присутствуют при прямом пуске. А именно - снижаются нагрузки на механическую часть и просадки напряжения питающей сети. Реостатный пуск довольно распространен на практике. Автотрансформаторный пуск. Кроме указанных способов можно применить так называемый автотрансформаторный пуск.Соответствующая схема показана на рис.3.29. Перед пуском переключатель S устанавливается в положение 1, а затем включается автотрансформатор и статор питается пониженным напряжением U1П. Двигатель разгоняется при пониженном напряжении и в конце разгона переключатель S переводится в положение 2 и статор питается номинальным напряжением U1ном. Если коэффициент трансформации понижающего трансформатора n, тогда ток I на его входе будет в n раз меньше. Кроме того, пусковой ток будет также в n раз меньше, т.е. ток при пуске в сети будет в n2 раз меньше, чем при непосредственном пуске. Этот способ, хотя и лучше рассмотренных в п.3.14.7, но значительно дороже. Довольно серьезным недостатком асинхронных двигателей является их “тяжелый” запуск, сопровождающийся возникновением больших пусковых токов. В предложенной ниже схеме снижение пусковых токов достигается запуском двигателя, статорные обмотки которого соединены "звездой" с дальнейшим их переключением (по достижении "разгона" электродвигателя) в "треугольник". Меньшие "стартовые" токи при соединенных "звездой" обмотках, обусловлены питающим напряжением - 220 В, в то время, как статорные обмотки, скоммутированные "треугольником" будут "запитаны" напряжением 380 В. Схема может быть использована для снижения пусковых токов электродвигателей большой мощности с параметрами питающего напряжения 660/380 В (см. шильдик). Для удобства чтения, она разделена на две схемы: управления и силовой части. При подаче управляющего напряжения срабатывает магнитный пускатель K3 - цепь питания его катушки замыкается нормально замкнутыми контактами реле времени K1 и контактора K2. В свою очередь, в цепь питания катушки пускателя K2 включен нормально замкнутый контакт магнитного пускателя K3, что гарантированно исключает одновременное срабатывание K2 и K3. Из силовой части схемы видно, что срабатывание контактора K1 соединяет концы статорных обмоток v2 u2 w2. Таким образом, обмотки оказываются соединенными в “звезду”. При срабатывании K3, его нормально разомкнутый блок-контакт, находящийся в цепи цепи питания катушки пускателя K1, замыкаясь, вызывает срабатывание K1 и включение питания (L1, L2, L3) - двигатель запускается с соединенными “звездой” обмотками. Срабатывание K1 вызывает замыкание, находящегося в питающей цепи его катушки нормально разомкнутого блок-контакта и включение реле времени. Последнее, при истечении заданного промежутка времени, необходимого для “разгона” двигателя, “разрывает” цепь питания K3 своим нормально замкнутым контактом в цепи его питания, одновременно замыкая нормально разомкнутым цепь питания K2. Одновременное включение замыкание контактов K2 и возврат в отключенное положение K1 переключает обмотки электродвигателя в “треугольник”. Из силовой схемы видно их получившееся последовательное соединение. Двигатель начинает работать на естественной характеристике, с максимальной мощностью. Непрерывность подачи электропитания двигателя при переключении обеспечивается замкнутыми силовыми контактами K1, цепь питания катушки которого постоянно замкнута его нормально разомкнутым блок-контактом. Реле времени, совмещенное с пускателем (K1) в этой схеме, работает в цепи управления с небольшими токами, поэтому, может быть заменено обычным реле времени с трем парами блок-контактов |
32. Асинхронная электрическая машина. Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей Скорость вращения асинхронного двигателя определяется зависимостью . Следовательно, ее можно регулировать, изменяя питающего напряжения, число пар полюсов и величину скольжения . Последнее можно осуществить изменяя и . Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения. Применяемые ранее электромашинные преобразователи частоты очень громоздки, сложны в эксплуатации и дороги. Поэтому они практически полностью вытеснены полупроводниковыми преобразователями частоты, которые в настоящее время обеспечивают достаточную надежность в работе. При применении этого способа регулирования необходимо обеспечить (при изменении частоты питающей сети и питающего напряжения) постоянство потока намагничивания асинхронной машины. Регулирование путем изменения числа пар полюсов позволяет получить ступенчатое изменение скорости вращения. Для двукратного изменения скорости отдельные катушки, составляющие данную фазу, переключаются с последовательного согласного соединения на встречное или с последовательного на параллельное. Обмотку ротора в этом случае выполняют короткозамкнутой. Если нужно иметь три или четыре скорости, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить еще две скорости. Асинхронные электродвигатели с переключением числа пар полюсов называются многоскоростными. Недостатки этого способа регулирования скорости вращения: большие габариты и вес по сравнению с двигателями нормального исполнения, а, следовательно, и большая стоимость; большая величина ступеней регулирования (при частоте 50 Гц скорость вращения поля n, при переключениях изменяется в отношении 3000:1500:1000:750). Регулирование путем включения в цепь ротора добавочных сопротивлений. Этот способ применяется для двигателей с фазовым ротором, он позволяет плавно изменять скорость вращения двигателя. Недостатки: плохие энергетические характеристики асинхронной машины и чрезмерно "мягкая" механическая характеристика машины, что в некоторых случаях (при пульсациях нагрузочного момента) недопустимо. Регулирование путем изменения питающего напряжения. Для двигателей нормального исполнения этот метод неприменим, т.к. пропорционально квадрату уменьшения напряжения питающей сети уменьшается величина момента двигателя. Он применяется для двигателей малой мощности, которые имеют значительные активные сопротивления роторной обмотки, т.к. в этом случае скольжение резко возрастает и максимум момента сдвигается в зону близкую и даже в область . Снижение КПД двигателя, связанное с увеличением потерь мощности для этих типов двигателей не имеет существенного значения. 41. МДС обмоток переменного тока . Потери и КПД А.Д. Магнитодвижущая сила (МДС) всех обмоток переменного тока, расположенных на статоре или роторе электрической машины, должна создавать в ее воздушном зазоре вращающееся магнитное поле. Для этого каждая из обмоток, питающаяся от синусоидально изменяющегося напряжения, должна иметь МДС, синусоидально распределенную в пространстве, т. е. по расточке статора или по окружности ротора. Несоблюдение этих условий, т. е. питание от несинусоидального напряжения или несинусоидальное распределение МДС, приводит к появлению высших гармонических в кривой распределения магнитного потока, что ведет к ухудшению энергетических показателей машины. В электрическом двигателе при преобразовании одного вида энергии в другой часть энергии теряется в виде теплоты, рассеиваемой в различных частях двигателя. В электрических двигателях имеются потери энергии трех видов: потери в обмотках, потери в стали и механические потери. Кроме того, имеются незначительные добавочные потери. Из сети в обмотку статора поступает мощность Р1. Часть этой мощности расходуется на покрытие магнитных потерь в сердечнике статора рс1, а также в обмотке статора на покрытие электрических потерь, обусловленных нагревом обмотки, Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя |
|||||
|
25. АЭМ (2). Зависимость вращающего момента от скольжения. Вращающий момент асинхронного двигателя создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами в проводниках обмотки ротора. Поэтому вращающий момент зависит как от магнитного потока статора Фm, так и от тока в обмотке ротора I2. Однако в процессе преобразования энергии (создании вращающего момента) участвует только активная мощность, потребляемая машиной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от тока в обмотке ротора I2, а только от его активной составляющей, т. е. I2Xcos ψ2, где ψ2 - фазный угол между эдс и током в обмотке ротора. вращающий момент асинхронного двигателя определяется следующим выражением: М = С Фm I2 cos ψ2, где С - конструктивная постоянная машины, зависящая от числа ее полюсов и фаз, числа витков обмотки статора и конструктивного выполнения обмотки. Скольжение – разность скоростей вращения ротора и магнитного потока статора. s = (n1 - n2) / n2, где n1- синхронная скорость вращения поля, об/мин, n2 - скорость вращения ротора асинхронного двигателя, об/мин. Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения При некотором скольжении Sm (примерно 20%) двигатель развивает максимальный момент, который определяет перегрузочную способность двигателя и обычно в 2 - 3 раза превышает номинальный момент. Устойчивая работа двигателя возможна только на восходящей ветви кривой зависимости момента от скольжения, т. е при изменении скольжения в пределах от 0 до Sm. Работа двигателя на нисходящей ветви указанной зависимости, т. е. при скольжении S > Sm невозможна, так как не обеспечивается устойчивое равновесие моментов. |
26. АЭМ (2). Механическая характеристика. Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2). Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая характеристика представляется зависимостью n = f (M). Если учесть взаимосвязь s = (n1 - n) / n1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1). Рис. 1. Механическая характеристика асинхронного двигателя Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным параметрам питающего напряжения. Искусственные характеристики получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании двигателя не номинальным напряжением характеристики также отличаются от естественной механической характеристики. Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода. |
27. АЭМ (2). Энергетическая диаграмма. К статору двигателя из сети подводится электрическая мощность где U и I – фазные значения напряжения и тока. Небольшая часть этой мощности теряется в меди и стали статора; Основная часть мощности P1 переносится вращающимся магнитным потоком к ротору: Мощность вращающегося магнитного потока P2 называется электромагнитной мощностью двигателя. роторе двигателя имеют место потери в меди (или в алюминии) Pм2 и механические Pмex. Потери в стали ротора незначительны по величине благодаря малой частоте роторного тока и ими можно пренебречь. Таким образом, потери в роторе Полная механическая мощность двигателя Часть ее тратится на покрытие механических потерь. Полезная мощность на валу двигателя равна:
В конечном итоге |
28. АЭМ (2). Влияние напряжения сети и активного сопротивления обмотки ротора на механическую характеристику. Влияние активного сопротивления обмотки ротора на форму механических характеристик асинхронных двигателей используется при проектировании двигателей. Например, асинхронные двигатели общего назначения должны иметь «жесткую» скоростную характеристику, т. е. работать с небольшим номинальным скольжением. Это достигается применением в двигателе обмотки ротора с малым активным сопротивлением r2' . При этом двигатель имеет более высокий КПД за счет снижения электрических потерь в обмотке ротора (Рэ2 = m1I/2 2). Выбранное значение г2' должно обеспечить двигателю требуемое значение пускового момента. При необходимости получить двигатель с повышенным значением пускового момента увеличивают активное сопротивление обмотки ротора. Но при этом получают двигатель с большим значением номинального скольжения, следовательно, с меньшим КПД. |
|||||
|
29. АЭМ (2). Рабочие характеристики двигателей. Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения n2, КПД η, полезного момента (момента на валу) М2, коэффициента мощности cos φ, и тока статора I1 от полезной мощности Р2 при U1 = const f1 = const. 29.Асинхронная электрическая машина. Рабочие характеристики двигателей. Рабочими характеристиками называют зависимости мощности, потребляемой двигателем , потребляемого тока I, коэффициента мощности , скорости вращения двигателя , к.п.д. и вращающего момента М от полезной мощности двигателя, отдаваемой на валу . Рабочие характеристики определяют основные эксплуатационные свойства асинхронного двигателя. Вращающий момент двигателя () также почти пропорционален нагрузке, но при больших нагрузках линейность графика несколько нарушается за счет уменьшения скорости вращения двигателя. |
33. А.Д. Однофа́зный а.д..Создание вращающегося мп. Однофа́зный дви́гатель — электродвигатель, конструктивно предназначенный для подключения к однофазной сети переменного тока. Фактически является двухфазным, но вследствие того, что рабочей является только одна обмотка, двигатель называют однофазным. Однофазный асинхронный двигатель Строго говоря, именно однофазным называется такой асинхронный двигатель, который имеет на статоре одну рабочую обмотку, которая подключается к сети однофазного тока. Запуск осуществляется вращающимся магнитным полем, создающимся основной обмоткой и дополнительной (меньшей) пусковой обмоткой, которая подключается через ёмкость/индуктивность к основной сети на время пуска или замыкается накоротко (в двигателях малой мощности). Преимуществом двигателя является простота конструкции (короткозамкнутый ротор). Недостатки — малый пусковой момент (или вообще его отсутствие) и низкий КПД. Применяются в основном в вентиляторах малой мощности (настольных, оконных, для ванных комнат и т. п.). Самым массовым советским вентилятором такого типа (и двигателем для него) был «ВН-2» мощностью 15 Ватт. Особенностью его конструкции является установка шарикового подшипника только с одной стороны вала двигателя (противоположной крыльчатке вентилятора), в результате из-за значительных изгибающих нагрузок подшипник (и двигатель) сильно шумит даже на малых оборотах. Вращающееся магнитное поле. Обычно под вращающимся магнитным полем понимается магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью. Впрочем, вращающимися называют и магнитные поля магнитов, вращающихся относительно оси, не совпадающей с их осью симметрии (например, магнитные поля звезд или планет). Вращающееся магнитное поле создают, накладывая два или более разнонаправленных переменных, зависящих от времени по синусоидальному закону, магнитных полей одинаковой частоты, но сдвинутых друг относительно друга по фазе. Это было на практике осуществлено независимо в 1888 году итальянским физиком Г. Феррарисом и сербским инженером Н. Тесла[1]. Применяется в синхронных и асинхронных машинах. Разность фаз для двухфазных систем (два перпендикулярных электромагнита) должна составлять 90°, а для 3-фазных (три электромагнита, направленных в одной плоскости под углом 120° друг к другу) 120°. |
34. Влияние напряжения сети и активного сопротивления обмотки ротора на механическую характеристику а.д. Электромагнитный момент асинхронного двигателя, а также его максимальное и пусковое значения пропорциональны квадрату напряжения, подводимого к обмотке статора: М ≡ U21. Это дает нам возможность построить механические характеристики М = f(s) дли разных значений напряжении U1 из которых следует, что колебания напряжения сети U1 относительно его номинального значения U1ном, сопровождаются не только изменениями максимального и пускового моментов, но и изменениями частоты вращении ротора. С уменьшением напряжения сети частота вращения ротора снижается (скольжение увеличивается). Напряжение U1 влияет на значение максимального момента М1mах, а также на перегрузочную способность двигателя λ = Мmax /Mном. Так, если напряжение U1, понизилось на 30%, т.е. U1 = 0,7 U1ном, то максимальный момент асинхронного двигателя уменьшится более чем вдвое: M/max = 0,72 Мmax = 0,49 Mmах. На сколько же уменьшится перегрузочная способность двигателя? Если, например, при номинальном напряжении сети перегрузочная способность λ=Mmax /Mном =2, то при понижении напряжения на 30% перегрузочная способность двигателя λ' = М'max /Мном = 0,49 Mmax /Mном = 0,492 = 0,98 , т.е. двигатель не в состоянии нести даже номинальную нагрузку. Таким образом, если в асинхронном двигателе постепенно увеличивать активное сопротивление цепи ротора, то значение максимального момента будет оставаться неизменным, а критическое скольжение будет увеличиваться. При этом пусковой момент двигателя Мп возрастает с увеличением сопротивления r2' до некоторого значении. На рисунке это соответствует сопротивлению г2'ш, при котором пусковой момент равен максимальному. При дальнейшем увеличении сопротивления r2' пусковой момент уменьшается.Влияние активного сопротивления обмотки ротора на форму механических характеристик асинхронных двигателей используется при проектировании двигателей. Например, асинхронные двигатели общего назначения должны иметь «жесткую» скоростную характеристику, т. е. работать с небольшим номинальным скольжением. Это достигается применением в двигателе обмотки ротора с малым активным сопротивлением r2' . При этом двигатель имеет более высокий КПД за счет снижения электрических потерь в обмотке ротора (Рэ2 = m1I/22). Выбранное значение г2' должно обеспечить двигателю требуемое значение пускового момента. При необходимости получить двигатель с повышенным значением пускового момента увеличивают активное сопротивление обмотки ротора. Но при этом получают двигатель с большим значением номинального скольжения, следовательно, с меньшим КПД. |
36. МДС обмоток переменного тока. МДС распределенной обмотки. МДС распределенной обмотки. Для улучшения формы кривой распределения поля обмотку каждой фазы размещают в нескольких пазах. Это улучшает и условия охлаждения обмотки. На рис. 3.9, а показана двухполюсная машина с обмоткой фазы, расположенной в шести пазах (при q = 3). МДС распределенной обмотки можно определить как сумму МДС трех сосредоточенных катушек с числом витков в каждой w' = w/3, сдвинутых в пространстве на уголα = πb/τ, где b — расстояние между осями соседних пазов. Форма распределения результирующей МДС получается в этом случае ступенчатой (рис. 3.9,6). При максимальном значении тока в фазе катушки, расположенные в пазах 2 - 2', 3 - 3' и 1 - 1', создают в воздушном зазоре следующие значения МДС: Fп2x = (0,9Iw/3) [cos (πx/τ) +(l/3)cos(3πx/τ) + (l/5)cos(5πx/τ) +...]; Fп3x = (0,9Iw/3){cos [π (x - b)/τ] + (1/3) cos [3π (x - b)/τ] + (1/5)cos [5π(х - b)/τ] + ...}; Fп1x = (0,9Iw/3){cos [π (x + b)/τ] + (1/3) cos [3π (x + b)/τ] + (1/5) cos [5π (x + b)/τ] + ...}. Аналитическое выражение для результирующего распределения МДС обмотки можно получить, суммируя МДС каждой из катушек. Наиболее удобно это сделать, изобразив векторами пространственные гармонические МДС. Амплитудные значения первой, третьей и других гармонических результирующей МДС можно определить путем векторного сложения амплитуд соответствующих гармонических МДС Fп1x,Fп2x, F́п3x, отдельных катушек (рис. 3.10). При этом следует учитывать, что первые гармонические МДС F́п1x, F́п2x, F́п3x сдвинуты одна относительно другой на угол α = πb/τ, третьи — на угол 3α и т. п. Амплитудное значение первой гармонической результирующей МДС F1 = 2Rsin(qα/2), где R -радиус окружности, описанной вокруг векторов F́п11 ,F́п21, F́п31, определяемый из условия 2Rsin (α/2) = Fп11 = Fп21 = Fп31 = 0,9Iw/3. Таким образом (см. рис. 3.10, a) (3.5) F1 = (0,9Iw/3)sin(qα/2)/sin(α/2), или в более общем виде (заменяя число «три» в знаменателе значением q) (3.5a) F1=0,9Iw sin (qα/2)/[q sin (α/2)]. Сравнивая (3.5а) и (3.4), можно установить, что амплитуда первой гармонической результирующей МДС при распределенной обмотке отличается от соответствующего значения при сосредоточенной обмотке только множителем kр1 = sin (qα/2)/[q sin (α/2)], называемым коэффициентом распределения обмотки для первой гармонической. Этот коэффициент равен отношению векторной cуммы МДС, создаваемых катушками, расположенными во всех пазах данной фазы, к их алгебраической сумме. При векторном сложении амплитудных значений третьих гармонических МДС катушек —F́п13, F́п23, F́п33 (рис. 3.10,6) амплитуда результирующей МДС F́3 возрастает не так сильно, как МДС F́1 т. е. для третьих гармонических отношение амплитуд результирующей МДС к МДС одной катушки значительно меньше, чем для первых гармонических. Следовательно,распределение обмотки по нескольким пазам ослабляет высшие гармонические в кривой результирующей МДС и улучшает форму поля в воздушном зазоре, приближая ее к синусоиде. В общем случае для v-й гармонической коэффициент распределения.kpv = sin(qvα/2)/[qsin(vα/2)], где vα — угол сдвига между v-ми гармоническими МДС отдельных катушек. |
|||||
|
35. Основные принципы выполнения многофазных обмоток . Основные элементы обмоток. В электрических машинах переменного тока обмотки размещают в пазах, расположенных на внутренней поверхности статора и на внешней поверхности ротора. Проводники, находящиеся в пазах, соединяют между собой, при этом образуется ряд катушек (рис. 3.6, а). Расположенные в соседних пазах катушки, соединенные последовательно и относящиеся к одной фазе и паре полюсов, образуют катушечную группу. Каждая фаза обмотки АХ, BY и CZ* в общем случае состоит из нескольких соединенных последовательно или параллельно катушечных групп. Параллельное их соединение применяют при больших фазных токах или при необходимости переключения отдельных катушечных групп. Простейшим элементом обмотки является виток (рис. 3.6, б), состоящий из двух проводников1 и 2, которые размещены в пазах, находящихся друг от друга на некотором расстоянии у. Это расстояние приблизительно равно одному полюсному делению τ, под которым понимают длину дуги, соответствующую одному полюсу: (3.1) τ = πD/(2p), *При изложении теории электрических машин переменного тока по аналогии с трансформатором приняты следующие обозначения: А, В, С — начала фаз; X, Y, Z — концы фаз. где D- диаметр ротора (для обмоток ротора) или внутренней расточки статора (для обмоток статора); 2р - число полюсов. Полюсное деление т выражают не только через единицы длины, но и через число пазов τ = z/(2p), где z — общее число пазов статора или ротора. Если у = τ, шаг называют диаметральным или полным; при у < τ — укороченным, при у > τ - удлиненным. Разность τ - у называют укорочением. Часто шаг выражают в относительных единицах в виде у/τ, а укорочение как (1 - у/τ). Расположенные в соседних пазах стороны катушек одной катушечной группы занимают q пазов и образуют фазную зону с углом α = 2πpq/z (3.2) q = z/(2pm). Эта величина представляет собой число пазов, приходящихся на полюс и фазу (т - число фаз). В обмотке статора, представленной на рис. 3.6, а, каждая фаза (АХ, BY и CZ) состоит из трех катушек, стороны которых расположены в трех смежных пазах, т. е. q = 3. В общем случае в трехфазной обмотке на одном полюсном делении расположено 3q пазов. При q = 1 под каждым полюсом расположено только по одной катушке каждой фазы.
Такую обмотку называют сосредоточенной. Как показано ниже, обычно q > 1; при этом обмотку называют распределенной. Обмотки в большинстве случаев выполняют с целым числом пазов на полюс и фазу. При дробном q фазные зоны только в среднем равны π/3 или 2π/3; в реальной машине часть фазных зон меньше, а часть больше этих значений. Однофазные обмотки выполняют с фазной зоной а = 120°, т. е. с заполнением 2/3 пазов, а двухфазные обмотки с α = 90°. |
42. А.Д. Преобразователь частоты. Фазорегуляторы. Сельсины. Преобразователи частоты предназначены для управления скоростью вращения трехфазных асинхронных двигателей за счет изменения частоты и уровня питающего напряжения. Применение частотных преобразователей с асинхронными двигателями сегодня является безусловно перспективным и экономически обоснованным способом замены как регулируемого привода постоянного тока, так и нерегулируемого привода переменного тока. Преобразователи частоты являются универсальными устройствами управления электродвигателями, которые обеспечивают наиболее широкие возможности управления электродвигателем:
Фазорегулятор — индуктивная электрическая машина, конструктивно представляющая собой асинхронную машину с фазным заторможеным ротором, которая предназначается для регулирования фазы напряжения вторичной обмотки. Первичная обмотка регулятора обычно располагается на статоре, вторичная — на роторе. При прохождении тока по первичной трехфазной обмотке создается вращающийся магнитный поток. Если оси обмоток статора и ротора имеют одинаковое направление в пространстве, то их ЭДС совпадают по фазе. Если ротор повернут на некоторый угол против вращения потока, то максимум потока достигает раньше осей обмоток ротора, а затем осей статора. В результате ЭДС ротора опережает по фазе ЭДС статора. Если же ротор повернут в сторону вращения, то его ЭДС отстает по фазе от ЭДС статора. Таким образом, поворачивая ротор машины, можно плавно менять фазу вторичной обмотки. Фазорегуляторы нашли широкое применение в ряде автоматических устройств, для регулирования фаз сеточного напряжения ртутных выпрямителей и тиратронов, а также для проверки ваттметров и электрических счетчиков. Сельсин — индукционная машина системы индукционной связи. Сельсинами (от англ. self-synchronizing) называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин передачи работают по принципу обычной механической передачи, только крутящий момент между валами передаётся не зубьями шестерён, а магнитным потоком без непосредственного контакта. В различных отраслях промышленности, в системах автоматики и контроля часто возникает необходимость синхронного и синфазного вращения или поворота двух и более осей, механически не связанных друг с другом (например, на РЛС — радиолокационных системах с вращающейся антенной). Такие задачи решаются с помощью систем синхронной связи. Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой. Два таких устройства электрически соединяются друг с другом одноимёнными выводами — статор со статором и ротор с ротором. На роторы подаётся одинаковое переменное напряжение. При таких условиях вращение ротора одного сельсина вызывает поворот ротора другого сельсина. При повороте одного из сельсинов (сельсин-датчика) на определённый угол в нём наводится ЭДС, отличная от первоначальной. Поскольку сельсины (их роторы) соединены, то эта же ЭДС будет возникать и во втором сельсине (сельсин-приёмнике) и по правилу левой руки он отклонится от первоначального положения на тот же угол. |
43. А.Д. Линейный и дуговой а.д. Устройство линейного (а) и дугового (б) асинхронных двигателей показано на рис. Магнитопровод статора 1 линейного двигателя имеет форму параллелепипеда, дугового двигателя — дугового сектора. Разноименнополюсная трехфазная первичная обмотка 2 размещается в линейном двигателе в пазах на одной из граней параллелепипеда, в дуговом двигателе — в пазах на внутренней (или внешней) цилиндрической поверхности дугового сектора. Подвижная часть в линейном двигателе перемещается поступательно. Ее магнитопровод 4, как и магнитопровод статора, имеет форму параллелепипеда (рис. , а). В пазах на поверхности подвижного магнитопровода, обращенной к статору, размещается короткозамкнутая обмотка 3. Подвижная часть в дуговом двигателе вращается. Она называется, как и в обычном двигателе, ротором. Ротор 4 имеет форму полого цилиндра (рис., б). В пазах на его наружной цилиндрической поверхности размещается короткозамкнутая обмотка 3. Как в линейном, так и в дуговом двигателе подвижная часть может быть выполнена массивной из магнитного материала. Причем в этом случае отпадает необходимость в короткозамкнутой обмотке, а иногда в качестве ротора удается использовать цилиндрические массивные детали рабочей машины. Рабочие свойства двигателей в зависимости от исполнения подвижной части аналогичны свойствам двигателя либо с короткозамкнутым ротором, либо с массивнымротором.Однако энергетические показатели линейных и дуговых двигателей хуже, чем у машин с кольцевым статором. Объясняется это тем, что в этих двигателях возникают краевые эффекты, так как их статоры не замкнуты в кольцо. Линейные асинхронные машины можно использовать для получения возвратно-поступательного движения за счет периодического изменения чередования фаз обмотки статора, например, в металлообрабатывающих станках. В этом случае длина подвижной части должна быть больше длины неподвижной на требуемое перемещение. Однако из-за существенного увеличения массы перемещающейся детали станка за счет массы подвижной части двигателя, а также энергии, бесполезно теряемой в каждом цикле ускорения и торможения, такие линейные двигатели заметного распространения не получили. Более перспективно использование линейных двигателей в электрической тяге, в особенности для высокоскоростного транспорта. На рис. 12 показана возможная схема применения линейного асинхронного двигателя на электровозе. Магнитопровод статора 1 вместе с многофазной обмоткой 2 укреплен на электровозе и присоединен к сети переменного тока. Образуется бегущее поле, взаимодействующее с массивным ферромагнитным телом — рельсом 3 и стремящееся увлечь его за собой. Но так как рельс неподвижно закреплен, приходит в движение со скоростью v статор вместе с электровозом. Дуговые машины применяются в тех случаях, когда ротор требуется привести во вращение со сравнительно небольшой угловой скоростью. |
45. Асинхронная электрическая машина. Регулирования скорости вращения за счет изменения скольжения и изменения величины питающего напряжения. Асинхронные двигателя наиболее просты в изготовлении и наиболее дешевые, поэтому применение их в регулируемых электроприводах весьма перспективно. Однако до сих пор не найдено дешевой и экономичной системы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей, хотя известны десятки способов регулирования их частот вращения [2]. Частоту вращения ротора можно выразить формулой
где n1 = n0 – синхронная частота вращения магнитного поля статора; Из выражения (11.1) следует, что регулировать частоту вращения ротора n, можно: 1) изменением частоты вращения магнитного потока n1; 2) Скольжением. В свою очередь изменять частоту вращения магнитного поля можно: за счет изменения частоты тока питающего напряжения или за счет изменения числа пар полюсов. Для регулирования частоты вращения изменением частоты тока в статоре (частотное регулирование) необходим источник питания. Однако источник питания с регулируемой частотой тока увеличивает габариты и удорожает установку. Регулирование частоты вращения путем переключения числа полюсов ступенчатое. Следует иметь в виду, что ступени частоты вращения при частоте тока f1 = 50 Гц и p = 1 и 2 соответственно 3000 и 1500 об/мин, а при Наиболее простым способом, обеспечивающим плавное регулирование частоты вращения асинхронных двигателей, является изменение скольжения. Принципиальным недостатком этого способа регулирования частоты вращения является низкий кпд, так как потери в роторе пропорциональны скольжению, Pэ2 = Pэм S. И какие бы ни предполагались варианты схем изменения скольжения, а их существует десятки [2], энергия будет тем больше преобразоваться в тепло, чем шире диапазон изменения скольжения, следовательно, и частоты вращения. Наиболее распространенные способы регулирования скольжения – это введение в цепь ротора сопротивления, изменения напряжения, искажение симметрии подводимых напряжений и др. В качестве источников питания с регулируемой частотой могут применяться электромагнитные (синхронные генераторы с переменной частотой вращения ротора) или полупроводниковые преобразователи. Чтобы регулировать частоту вращения асинхронного двигателя, достаточно изменять частоту тока f1. Но с изменением частоты f1 будет изменяться величина магнитного потока при U1 = const, как это следует из формулы (11.2)
(11.2)
а также максимальный момент. Поэтому для сохранения неизменной перегрузочной способности необходимо одновременно с изменением частоты f1 изменять и напряжение U1, что вытекает из закона изменения момента нагрузки где U1 и M – напряжение и момент при частоте ; и – напряжение и момент при частоте . Для сохранения M = M1 = const подводимое к двигателю напряжение необходимо изменять пропорционально изменению частоты тока:
.
При этом мощность двигателя увеличивается пропорционально нарастанию частоты вращения. И если регулирование производится при условии постоянства мощности двигателя (Pэм = M∙ω = const), то подводимое напряжение следует изменять в соответствии с законом Частотное регулирование до последнего времени применялось в основном для одновременного регулирования группы двигателей, работающих в одинаковых условиях (рольгановые, транспортерные двигатели). Но благодаря развитию силовой полупроводниковой техники в последние годы созданы устройства частотного регулирования, применяемые для регулирования частоты вращения одиночных двигателей. Следует иметь ввиду, что введение в энергосистему большего количества полупроводниковых элементов (которые являются нелинейными элементами) приводит к появлению высших гармоник в сети и искажению синусоидальности напряжений. Ухудшение качества электроэнергии приводит к потерям в энергосистеме. |
|||||
|
44. А.Д. Вращающийся трансформатор. Враща́ющийся трансформа́тор — электрическая микромашина переменного тока (информационная электрическая машина)[1], резольвер (англ. resolver), предназначенная для преобразования угла поворота вэлектрическое напряжение, амплитуда которого пропорциональна или является функцией (чаще всего, синус или косинус) угла или самому углу. Вращающиеся трансформаторы применяются в аналого-цифровых преобразователях, системах передачи угла высокой точности, в качестве датчиков обратной связи в следящих системах, бортовой аппаратуре. Устройство. Вращающиеся трансформаторы являются двухполюсными (в основном) или многополюсными электрическими машинами. По конструкции аналогичны асинхронным электродвигателям с фазным ротором. Статор и ротор набираются из листов электротехнической стали. В пазы статора и ротора укладываются по две взаимно перпендикулярные обмотки. Вращающиеся трансформаторы подразделяются на контактные и бесконтактные, с ограниченным и неограниченным углом поворота ротора. Для систем точного отсчёта и синхронно-следящих систем применяются дисковые приёмники и датчики — индуктосины[2], состоящие из плоских статора и ротора, многослойные обмотки которых выполнены в виде печатных проводников (обмотка ротора однофазная, статора — двухфазная). Режим работы. В зависимости от схемы включения обмоток возможны следующие режимы работы (вращающиеся трансформаторы):
Работа вращающихся трансформаторов в системах синхронной связи аналогична работе сельсинов. Вращающиеся трансформаторы обеспечивают более высокую точность, но для их работы необходимы дополнительные усилительные устройства с большим коэффициентом усиления, так как их выходная мощность меньше, чем у сельсинов[2]. |
46.Переходные процессы в а.д. Режим запуска а.д. Ротор неподвижен. Переходным процессом называется процесс перехода электропривода от одного установившегося состояния к другому, когда одновременно изменяются скорость, момент и ток двигателя, а также скорость и моменты всех звеньев кинематической цепи, соединяющей двигатель с рабочим органом механизма. К переходным процессам относятся пуск, торможение и реверс электропривода, переход с одной скорости на другую, а также процессы, вызванные изменениями момента на валу двигателя, изменением напряжения сети. Характер протекания и длительность переходного процесса в ряде производственных механизмов определяют производительность, особенно когда длительность рабочего цикла соизмерима с временем разгона и торможения. .(Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, то вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой в обмотке ротора возникает ток. На проводники с током этой обмотки (а точнее, на зубцы сердечника ротора), действуют электромагнитные силы; их суммарное усилие образует электромагнитный вращающий момент, увлекающий ротор вслед за магнитным полем. Если этот момент достаточен для преодоления сил трения, ротор приходит во вращение, и его установившаяся частота вращения [об/мин] соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемого нагрузкой на валу, силами трения в подшипниках, вентиляцией и т. д. Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля, так как в этом случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю, магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора ЭДС и, в свою очередь, создавать вращающий момент; таким образом, для двигательного режима работы асинхронной машины справедливо неравенство: .Относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением: .Очевидно, что при двигательном режиме .) Режим пуска. В начальный момент пуска ротор двигателя неподвижен: скольжение s=1, магнитное поле пересекает ротор с максимальной частотой, индуцируя в нем наибольшую э. д. с. Е2. Так как ток в роторе I2 определяется значением э. д. с. Е2, то в начальный момент пуска он будет наибольшим. Наибольшим будет и ток в статоре. Обычно пусковой ток двигателя в 5—7 раз больше номинального. Вращающий момент Мп при пуске называется пусковым. Он обычно меньше наибольшего момента, который может развить двигатель. Для двигателей различных типов и мощностей отношение Мп/Мном = 0,7 – 1,8. |
47. Переходные процессы в а.д. Процесс разбега а.д. с контактными кольцами. Пуск двигателя с фазным ротором (контактными кольцами) осуществляется подключением обмотки статора к сети с предварительно введенными в цепь ротора добавочными резисторами rд. По мере разгона двигателя резисторы rд с помощью движка выводятся и по окончании пуска сопротивление резистора обращается в нуль, а обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко, как и у двигателя с короткозамкнутым ротором. Введение добавочного сопротивления в цепь ротора при пуске асинхронного двигателя с контактными кольцами позволяет увеличить пусковой момент вплоть до максимального значения и одновременно значительно снизить пусковой ток. Это является одной из главных причин, почему вместо асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются двигатели с фазным ротором. Дальнейшее увеличение сопротивления rд вызывает уменьшение пускового момента. Уменьшение пускового момента до требуемого значения с помощью резисторов rд используется в некоторых механизмах для выбора люфтов и устранения ударов при пуске механизма. |
50. Переходные процессы в а.д. Торможение а.д. противотоком. .Торможение асинхронных электродвигателей может быть выполнено: противотоком, генераторным с отдачей энергии в сеть, динамическим и др. Для торможения противотоком необходимо переключить на клеммах двигателя любые две фазы сети, так же как это делается для изменения направления вращения. При падении скорости до нуля необходимо отключить двигатель, так как иначе он начнет вращаться в обратную сторону. Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть применяют в случае перехода с большей скорости на меньшую, например, при переключении двигателя на большее число полюсов при спуске груза на кране. [1] (Электрическое торможение с возвратом энергии в сеть возможно, когда противо-э. д. с. двигателя становится больше напряжения сети. Это может произойти, ес-ли: 1) напряжение сети станет меньше; 2) двигатель будет перевозбужден; 3) если скорость вращения двигателя будет выше скорости при холостом ходе. Во всех этих случаях направление тока в обмотке якоря меняется на обратное, и двигатель, вращаясь в прежнем направлении за счет кинетической энергии, превращается в генератор, отдавая в сеть электрическую энергию. Якорь двигателя при этом развивает тормозящий момент, в результате чего скорость якоря уменьшается до тех пор, пока противо-э. д. с. двигателя не станет равной напряжению сети. Увеличение скорости, которое определяется в данный момент напряжением и магнитным потоком, может произойти, например, у двигателя подъемного крана под действием веса опускающегося груза или у двигателя электровоза (трамвая), идущего под уклон. (Электрическое торможение асинхронных двигателей. Электрическое торможение трехфазных асинхронных двигателей производится двумя способами: а) противотоками и б) переводом двигателя на работу в качестве асинхронного генератора. При электрическом торможении по способу противотока двигатель включают таким образом, чтобы он вращался в сторону, противоположную движению, которое необходимо прекратить (затормозить). При этом в цепь ротора вводят большое сопротивление, сильно ослабляющее момент вращения двигателя. Таким образом, например, при вращении механизма под действием инерции движущихся масс или груза в одну сторону двигатель развивает момент, направленный в противоположную сторону, вследствие чего тормозится движение механизма, регулируемое сопротивлением, включенным в цепь ротора. При этом способе торможения можно достигнуть значительного снижения скорости движения вплоть до полной остановки механизма.)) |
|||||
|
51. Переходные процессы в а. д. Динамическое торможение а.д. противотоком. Динамическое торможение |
52. Асинхронная электрическая машина.Принцип обратимости эл. Машин . Обозначения типа а.д. Принцип обратимость электрических машин вызвана одинаковым устройством преобразователей электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машинывзаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот, и т. п. Приоритетная функция электрической машины определяет её конструктивные особенности, вследствие которых обратимость становится неравномерной. Так, электрогенератор будет иметь несколько больший КПД, чем используемый в качестве генератора соответствующий по размерам электродвигатель, электродинамический микрофон будет выдавать более качественный звуковой сигнал, чем равная по размерам динамическая головка. Данное явление широко используется в электротехнике, например, для электродинамического торможения: двигатель постоянного тока, будучи отключен от питающего его источника, вращаясь по инерции, сразу же переходит в генераторный режим из-за наличия в нём противоэлектродвижущей силы. Если одновременно с отключением от источника двигатель замкнуть на небольшое сопротивление, то под действием противоэлектродвижущей силы в замкнутой цепи якорной обмотки возникнет большой ток, который и создаст в двигателе тормозящий момент, направленный против его вращения, вследствие чего двигатель быстро остановится. Кроме того, генерируемый двигателем ток может подзаряжать аккумуляторы транспортного средства, на котором установлен, либо возвращаться в питающую электросеть, как происходит на некоторыхэлектропоездах и трамваях при торможении или движении под уклон. Такой режим работы транспортного средства называется рекуперативным торможением. Обратимость иногда используется в электронной технике: например, в некоторых образцах связной аппаратуры динамическая головка в режиме передачи служит микрофоном. Этим достигается улучшение массогабаритных показателей и удешевление изделия. Также известны образцы устройств, в которых светодиод часть времени используется в качестве фотодиода. Таким путём упрощается оптический тракт двунаправленных устройств оптической связи. Свойством обратимости обладают также гидравлические машины. Обозначение типа а.д. Буквы и цифры, входящие в обозначение электродвигателя, расшифровываются следующим образом.
Так, например обозначение 4АА50А2У3 расшифровывается так: электродвигатель асинхронный, четвертой серии, закрытого исполнения, станина и щиты которого выполнены из алюминия, высота оси вращения 50 мм, сердечник короткий, число полюсов 2, климатическое исполнение У, категория размещения 3. |
53. Асинхронная электрическая машина. Механическая характеристика. Как следует из рис. 4.7, по мере увеличении момента сопротивления увеличивается скольжение машины и развиваемый момент. При некотором критическом значении скольжения sКР, момент двигателя достигает максимального (или критического) значения – МКР. Жёсткость механической характеристики асинхронных двигателей переменна: на рабочем участке s = 0…sКР: b < 0, а при ½s½>½sКР½ – положительна: b < 0. Специфическим является режим динамического торможения, которое представляет собою генераторный режим отключенного от сети переменного тока асинхронного двигателя, к статору которого подведен постоянный ток Iп. Этот режим применяется в ряде случаев, когда после отключения двигателя от сети требуется его быстрая остановка без реверса. Постоянный ток, подводимый к обмотке статора, образует неподвижное в пространстве поле. При вращении ротора в его обмотке наводится переменная эдс, под действием которой протекает переменный ток. Этот ток создает также неподвижное поле. Складываясь, поля статора и ротора образуют результирующее поле, которое при взаимодействии с током ротора создает тормозной момент. Энергия, поступающая с вала двигателя, рассеивается при этом в сопротивлениях роторной цепи.
|
||||||