электротехника. конспект. Электротехника. Электротехника
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
Получение, свойство трехфазной системы ЭДС. Фазные и линейные напряжения. Трехфазная система ЭДС создается трехфазными генераторами. В неподвижной части генератора (статора) размещают три обмотки, сдвинутые в пространстве на 120º. Это фазные обмотки, или фазы, которые обозначают А, В и С. Этими же буквами обозначают начало обмоток фаз генератора. Концы обмоток обозначают соответственно X, Y и Z. На рисунке показано, как изображают на схемах обмотки генератора с условными положительными направлениями ЭДС. Каждая фазная обмотка генератора изображена на рисунке одним витком (у реальных генераторов каждая обмотка имеет множество витков, расположенных в нескольких соседних пазах, занимающих некоторую дугу внутренней окружности статора). На вращающейся части генератора (роторе) располагают обмотку возбуждения, которая питается от источника постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитный поток Ф0, постоянный (неподвижный) относительно ротора, но вращающийся вместе с ним частотой n. Вращение ротора осуществляется каким-либо двигателем. Благодаря конструктивным приемам магнитный поток Ф0 в воздушном зазоре между статором и ротором распределяется по синусоидальному закону по окружности. Поэтому при вращении ротора вращающийся вместе с ним магнитный поток пересекает проводники обмоток статора (A-X, B-Y, C-Z) и индуцирует в них синусоидальную ЭДС. В момент времени, которому соответствует изображенное на рисунке взаимное положение статора и ротора, в обмотке фазы А индуцируется максимальная ЭДС Em, так как плоскость этой обмотки совпадает с осевой линией полюсов ротора и проводники обмотки пересекаются магнитным потоком максимальной плотности. Через промежуток времени Т/3, соответствующий 1/3 оборота ротора, осевая линия его полюсов совпадает с плоскостью обмотки фазы В и максимальная ЭДС Em индуцируется в фазе В. Ещё через 1/3 оборота ротора максимальная ЭДС индуцируется в фазе С. При следующих оборотах ротора процесс повторяется.  Классификация и способы включения приемников в трехфазную цепь. Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть либо однофазными, либо трехфазными. К однофазным приемникам относятся электрические лампы накаливания и другие осветительные приборы, различные бытовые приборы, однофазные двигатели и т.д. К трехфазным приемникам относятся трехфазные асинхронные двигатели и индукционные печи. Схемы вариантов включения приемников в трехфазную цепь приведены на рис. 3.8.  Рис. 3.8 а – несимметричный приемник, включение «звездой»; +б – симметричный приемник, включение «звездой»; в – включение «треугольником». Симметричным является приемник, если комплексные сопротивления его фаз одинаковы. Za = Zв = Zс = Z ej. Если это условие не выполняется, приемник - несимметричный. Трехфазная цепь при соединении приемников по схеме четырехпроводная звезда. Назначение нейтрального провода. +   I Л = I Ф, n : IА+IВ +IС = InВ случае симметричной нагрузки  в каждой фазе цепи протекают равные по величине токи  и сдвинутые по фазе на 1200, т.е. возникает симметричная система фазных токов. При этом IА +IВ +IС = In = 0 - ток в нейтральном проводе отсутствует, и подключение или отключение нейтрали не влияет на режим работы трёхфазной цепи. Поэтому использование четырёхпроводной системы в случае симметричной нагрузки фаз практически нецелесообразно.В случае несимметричной нагрузки (при подключении однофазных приёмников в трёхфазную сеть)  вследствие различия фазных сопротивлений токи в фазах потребителя будут различны и в нейтральном проводе будет протекать ток IА +IВ +IС = In > 0 . При этом в четырёхпроводной цепи «звезда с нейтралью», несмотря на несимметричную нагрузку, сохраняется симметричная система фазных напряжений:  , благодаря чему обеспечивается нормальная работа всех трёх фаз.Нейтральный провод N-n в четырёхпроводной системе «звезда с нейтралью» служит для выравнивания фазных напряжений при несимметричной нагрузке фаз и обеспечения нормальной работы однофазных приемников. В четырёхпроводной системе «звезда с нейтралью» при любой нагрузке фаз сохраняется соотношение между линейными и фазными напряжениями: U Л  U Фили U Ф = U Л /  .Четырёхпроводная система «звезда с нейтралью» используется, когда возможно возникновение несимметричной нагрузки при подключении в трёхфазную сеть однофазных приемников, например, в осветительных сетях, в которых нагрузка на фазы отличается крайней неравномерностью. Трехфазная цепь при соединении приемников по схеме трехпроводная звезда Соединение звездой при симметричной нагрузке. При соединении приемников звездой концы фаз приемника соединены в общий узел N'. При этом концы всех фаз генератора соединены в общий узел N, а начала фаз — с нагрузкой — звездой сопротивлений. Если узлы N и N' соединить проводом, называемым нейтральным, с сопротивлением ZN, то получим четырехпроводную цепь (рис. 4.7, а). Сопротивления проводов, связывающих источник с нагрузкой, можно учесть в сопротивлениях нагрузки Za ,Zb ,Zc.  Так как при соединении звездой фазы генератора соединены последовательно с фазами нагрузки, линейные токи одновременно являются и фазными токами как в фазах генератора, так и в фазах нагрузки:  (4.8)За условные положительные направления линейных токов IА, IВ, IС принимают направления от источника к нагрузке, а за положительное направление тока в нейтральном проводе - от нагрузки к источнику. Согласно первому закону Кирхгофа, ток в нейтральном проводе  (4.9)При симметричной нагрузке  поэтому токи в фазах приемника равны по значению и сдвинуты по фазе на один и тот же угол относительно соответствующих напряжений, т. е. φA = φB = φC = φ. Векторная диаграмма напряжений и токов для симметричной нагрузки представлена на рис. 4.7, б. Из диаграммы видно, что ток в нейтральном проводе равен нулю (IN = 0), так как  . Таким образом, если нагрузка равномерная, то необходимость в нейтральном проводе отпадает. Трехфазная цепь без нейтрального провода является трехпроводной.Рассмотрим четырехпроводную цепь (рис. 4.7, а) более подробно. Найдем для этой цепи напряжение между нейтральными точками N и N', или смещение нейтрали, по методу двух узлов:  (4.10)где  - комплексы проводимостей фаз приемника;YN = 1/ZN -комплекс проводимости нейтрального провода. Так как при симметричной нагрузке Ya = Yb = Yc, то (4.10) можно переписать в виде (4.11)При симметричной системе напряжений имеем   а значит, согласно (4.11), UNN =0. Так как ток в нейтральном проводе  то при симметричной нагрузкеIN = 0. Следовательно, еще раз можно подчеркнуть, что при симметричной нагрузке напряжение между нейтральными точками N и N' и ток в нейтральном проводе равны нулю.Согласно второму закону Кирхгофа, для контуров (см. рис. 4.7, а) NAaN'N, NBbN'N, NCcN'N находим  (4.12) Так как при симметричной нагрузке UN’N =0, то из (4.12) следует, что Итак, зная фазные напряжения и сопротивления нагрузки, находим токи в каждой фазе приемника:  (4-13)Так как при симметричной нагрузке токи в фазах приемника равны, то достаточно определить ток только в одной из фаз трехфазной цепи. Соединение звездой при несимметричной нагрузке. При несимметричной нагрузке сопротивления приемника не одинаковы, т. е. Za ≠ Zb ≠ Zc. Для несимметричных нагрузок применяют четырехпроводные цепи, так как между точками N и N' появляется напряжение UN’N и напряжения на фазах нагрузки различны. При этом нарушается соотношение между фазными и линейными напряжениями  причем на одних фазах нагрузки напряжение становится большим, а на других — меньшим, чем Наличие нейтрального провода в цепи с несимметричной нагрузкой позволяет выравнивать напряжение на фазах приемника и поддерживать их неизменными, равными фазным напряжениям источника Uл /  , т. е. нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника. Иначе говоря, при наличии нейтрального провода, когда ZN = 0, даже при несимметричной нагрузке фазные напряжения приемника равны друг другу и соблюдается соотношение между фазными и линейными напряжениями .Если нагрузка несимметрична (Za ≠ Zb ≠ Zc) и нейтральный провод имеет конечное сопротивление ZN, то напряжение UN’N между нейтральными точками N' и N определяется по формуле (4.10), а напряжения на фазах нагрузки — по формулам (4.12). Тогда токи в схеме рис. 4.7, а  Если напряжения источника UA, UB, UC образуют симметричную систему, то при отсутствии нейтрального провода и при UN'N ≠ 0 напряжения на фазе нагрузки Ua, Ub и Uc несимметричны, что видно из векторной топографической диаграммы, приведенной на рис. 4.8. Особенностью этой диаграммы является то, что каждой точке электрической цепи А, В, С, N и N' соответствует определенная точка на диаграмме.  При этом расположение этих точек на диаграмме должно быть таким, чтобы отрезок, соединяющий любые точки на диаграмме, по длине и фазе определял напряжение между соответствующими точками цепи. Напряжения на фазах нагрузки тем больше отличаются друг от друга, чем больше напряжение UN'N. Из выражения (4.10) и из топографической диаграммы (рис. 4.8) следует, что напряжение между нейтральными точками UN'N будет изменяться при изменении нагрузки в любой фазе, при этом с изменением UN'N будет изменяться напряжение всех фаз приемника. Чтобы напряжения на фазах нагрузки были одинаковыми, необходимо иметь UN'N = 0, что может быть получено двумя способами. Во-первых, выравниванием нагрузки в фазах приемника, когда YA = YB = YC = = Yф, а значит, согласно (4.10),  так как  Во  -вторых, если имеется нейтральный провод с сопротивлением ZN’N = 0 (или YN’N = ∞ ), то напряжение UN'N, согласно (4.10), также принимает нулевое значение независимо от нагрузки фаз. Для этого случая построена векторная диаграмма (рис. 4.9). При обрыве нейтрального провода (ZN = ∞) и несимметричной нагрузке напряжение UN'N станет максимальным.+В фазах нагрузки могут возникнуть перенапряжения, поэтому в нейтральный провод плавкий предохранитель не ставят. Приемники электрической энергии можно подразделить на трехфазные и однофазные. К числу трехфазных относятся трехфазные электрические двигатели, имеющие симметричные обмотки и обеспечивающие равномерную нагрузку фаз. Такие электродвигатели включают в трехфазную цепь звездой без нейтрального провода Однофазные приемники, к которым относятся электрические лампы, нагревательные приборы и ряд других приемников, всегда подключают к четырехпроводной цепи. Эти приемники подключаются на фазное напряжение, которое в раз меньше линейного напряжения сети.Трехфазная цепь при соединении приемников по схеме треугольник. Симметричный режим работы. Соединение треугольником при симметричной нагрузке. Если конец каждой фазы трехфазного приемника соединить с началом следующей фазы, то образуется соединение треугольником, вершины которого подключают к линейным проводам трехпроводной цепи (рис. 4.10). Если учесть сопротивление линейных проводов ZA, ZB, Zc, то потенциалы вершин этого треугольника будут отличаться от потенциалов зажимов источника, поэтому зажимы трехфазного приемника обозначены а, b, с. Из схемы рис. 4.10 видно, что каждая фаза приемника непосредственно подключена на линейное напряжение  (4.14)Однако при соединении треугольником в отличие от соединения звездой фазные и линейные токи не равны между собой. У приемников условно принятые положительные направления линейных напряжений совпадают с условными положительными направлениями фазных токов. Применяя закон Кирхгофа к узловым точкам а, b и с, определяем линейные токи:  (4.15)где  — линейные токи; — фазные токи.Из (4.15) следует, что значения линейных токов  равны геометрической разности векторов соответствующих фазных токов.Зная сопротивление фаз приемника, можно определить фазные токи по формулам  (4.16)Из уравнения (4.15) следует, что геометрическая сумма векторов линейных токов в трехпроводной цепи равна нулю:  (4.17)Так как напряжения Uab = Ubc = Uca, то при симметричной нагрузке, т. е. когда комплексы полных сопротивлений фаз Zab = Zbc = Zca, также равны между собой фазные токи и углы сдвига их фаз по отношению к соответствующим фазным напряжениям: Iab = Ibc = Ica = Iф; φab = φbc = φca = φ. На рис. 4.11 изображена векторная диаграмма токов и напряжений при симметричной нагрузке, соединенной треугольником. Из векторной диаграммы видно, что фазные токи сдвинуты относительно друг друга на угол 2π/3 и что линейные токи отстают от соответствующих фа  зных токов на угол π/6. На основании этой же векторной диаграммы находим соотношение между линейнымIл и фазным IаЬ токами: IA = =2Iabcos30o = Iab.Такое же соотношение будет между другими линейными и фазными токами. Следовательно, при симметричной нагрузке линейные токи в раз больше фазных: (4.18)Если нагрузка симметрична, то обычно расчет проводят по одной фазе:  Мощность трехфазной цепи. Трехфазная цепь является обычной цепью синусоидального тока с несколькими источниками. Активная мощность трехфазной цепи равна сумме активных мощностей фаз  (7.5)Формула (7.5) используется для расчета активной мощности в трехфазной цепи при несимметричной нагрузке. При симметричной нагрузке:  При соединении в треугольник симметричной нагрузки  + При соединении в звезду  .В обоих случаях  .Магнитные цепи. Основные определения. Ферромагнитные материалы. Магнитной цепью называется совокупность устройств, содержащих ферромагнитные вещества. Процессы в магнитных цепях описываются с помощью понятий магнитодвижущей силы, магнитного потока. Магнитным потоком называется поток вектора магнитной индукции через поверхность S  .Магнитный поток измеряется в веберах (Вб). Источником магнитодвижущей силы является либо постоянный магнит, либо электромагнит (катушка, обтекаемая током). Магнитодвижущая сила электромагнита  где I - ток, протекающий в катушке; W - число витков катушки. В магнитных цепях используется свойство ферромагнитного материала тысячекратно усиливать магнитное поле катушки с током за счет собственной намагниченности. Ферромагнитные материалы с большим значением коэрцитивной силы (  ) называются магнитотвердыми. Из этих материалов изготавливают постоянные магниты.Ферромагнитные материалы с малым значением коэрцитивной силы (  ) называются магнитомягкими. Эти материалы используют в магнитопроводах электрических машин и трансформаторов.Таким образом, зависимости B = f(H) у ферромагнитных материалов нелинейные. Эти зависимости приводятся в справочниках в табличной форме или в виде кривых, называемых кривыми намагничивания. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление. Электробезопасность – это система организационных и технических средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. Электробезопасность обеспечивается следующими мерами: конструкцией электроустановки; техническими способами и средствами защиты; организационными и техническими мероприятиями. Согласно Правилам устройства электроустановок безопасность обслуживающего персонала должна обеспечиваться путем: применения надлежащей изоляции, а в отдельных случаях – повышенной; применения двойной изоляции; соблюдения соответствующих расстояний до токоведущих частей или путем закрытия, ограждения токоведущих частей; применения блокировки аппаратов и ограждающих устройств для предотвращения ошибочных операций и доступа к токоведущим частям; надежного и быстродействующего автоматического отключения части электрооборудования, случайно оказавшихся под напряжением, и поврежденных участков сети, в том числе защитного отключения; заземления или зануления корпусов электрооборудования и элементов электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие повреждения изоляции; выравнивания потенциалов; применения разделительных трансформаторов; применения напряжения 42 В и ниже переменного тока частотой 50 Гц и напряжения 110 В и ниже постоянного тока; применения предупреждающей сигнализации, надписей и плакатов; применения устройств, снижающих напряженность электрических полей; использованием средств защиты и приспособлений, в том числе для защиты от воздействия электрического поля в электроустановках, в которых его напряженность превышает допустимые нормы. Для обеспечения защиты людей при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут по каким-либо причинам оказаться под напряжением, применяются следующие способы. Согласно ГОСТ 12.1.009. «ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения» защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при «замыкании на корпус». Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей и животных. Принцип действия защитного заземления – снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения. Согласно ГОСТ 12.1.009. «ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения» зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Назначение зануления - устранение опасности поражения людей током при пробое на корпус. Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети. Такой защитой могут быть плавкие предохранители, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле, автоматы, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и от перегрузки. Занулению подлежат металлические конструктивные нетоковедущие части электрооборудования, которые должны быть заземлены: корпуса машин, аппаратов и др. В сети с занулением корпус приемника нельзя заземлять, не присоединив его к нулевому защитному проводу. Устройство, принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора. Устройство: 1) Магнитопровод (сердечник) из отдельных листов эл/техн стали 1. Стержень – часть магнитопровода с обмотками. 2. Ярмо – часть магнитопровода, соединяющая стержни. 2) Две обмотки  Трехфазные трансформаторы. Автотрансформаторы. Назначение, строение, принцип действия. В линиях электропередачи используют в основном трёхфазные силовые трансформаторы. Магнитопровод трёхфазного трансформатора имеет три стержня, на каждом из которых размещаются две обмотки одной фазы.  Рисунок 5.4 – Магнитная система трехфазного трансформатора Особенностью трёхфазного трансформатора является зависимость коэффициента трансформации линейных напряжений от способа соединения обмоток. Применяются главным образом три способа соединения обмоток трёхфазного трансформатора: соединение первичных и вторичных обмоток звездой; соединение первичных обмоток звездой, вторичных – треугольником; соединение первичных обмоток треугольником, вторичных – звездой. Таким образом, при одном и том же числе витков обмоток трансформатора можно в  увеличить или уменьшить его коэффициент трансформации, выбирая соответствующую схему соединения обмоток.У автотрансформатора часть витков первичной обмотки используется в качестве вторичной обмотки, поэтому помимо магнитной связи имеется электрическая связь между первичной и вторичной цепями. В соответствии с этим энергия из первичной цепи во вторичную передаётся как с помощью магнитного потока, замыкающегося по магнитопроводу, так и непосредственно по проводам.  Рисунок 5.5 – Принципиальная схема автотрансформатора Вследствие электрического соединения обмоток через часть витков, принадлежащую одновременно первичной и вторичной цепям, проходят токи I1 и I2, которые направлены встречно и при небольшом коэффициенте трансформации мало отличаются друг от друга по значению. Поэтому их разность оказывается небольшой и обмотку w2 выполняют из тонкого провода. Автотрансформаторы применяют для пуска мощных двигателей переменного тока, регулирования напряжения в осветительных сетях, а также в других случаях, когда необходимо регулировать напряжение в небольших пределах. Преимущества автотрансформатора снижаются с увеличением коэффициента трансформации. Кроме того, только при высшем и низшем напряжениях одного порядка электрическое соединение цепей не встречает препятствий. Но автотрансформатор нельзя применять, например, для питания распределительной сети 220 В от сети высокого напряжения 6000 В. При таком автотрансформаторе не только пришлось бы рассчитать изоляцию распределительной сети на 6000 В, что увеличило бы значительно ее стоимость, но и пользоваться такой сетью опасно для жизни. Измерительные трансформаторы напряжения и тока используют для включения измерительных приборов, аппаратуры автоматического регулирования и защиты в высоковольтные цепи. Асинхронный двигатель. Устройство, разновидности. Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора — вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками. По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис.5.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.  Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: 1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов; 5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкну- той обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса // и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя. В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция Сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора, соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам. Конструкция короткозамкнутого ротора приведена на рис.5.3.  Рис.5.3. Конструкция короткозамкнутого ротора: а — беличья клетка; б — ротор с медной стержневой обмоткой; в — ротор с алюминиевой литой обмоткой; 1 — сердечник ротора; 2 — стержни; 3 — замыкающие кольца; 4 — лопасти вентилятора Обмотка статора асинхронного электродвигателя может быть соединена звездой или треугольником. Схемы соединения представлены на рис.5.4  Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя: а — звезда; б — треугольник Принцип действия асинхронного двигателя. Основные характеристики При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки. Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.  Рабочими характеристиками называют графические зависимости частоты вращения п2 (или скольжения s),момента на валу М2 , тока статора I1 , коэффициента полезного действия η и cos φ1от полезной мощности Р2 при U1 = const и f1 = const. Их определяют экспериментально или путем расчета по схеме замещения или круговой диаграмме. Примерный вид рабочих характеристик асинхронного двигателя показан на рис. 4.25. Частота вращения, ток статора, момент на валу, потребляемая и полезная мощности приведены на графике в относительных единицах. Рабочие характеристики строят только для зоны практически устойчивой работы двигателя, т. е. до скольжения (1,1 ÷ l,2)sном .
Частота вращения ротора. При переходе от режима холостото хода к режиму полной нагрузки частота вращения n2 изменяется незначительно, так как при проектировании двигателей для уменьшения потерь мощности в роторе ΔРэл2 необходимо, чтобы скольжение при номинальном режиме не превышало 0,02—0,06. Следовательно, скоростная характеристика асинхронного двигателя является «жесткой». Вращающий момент на валу двигателя. Зависимость между моментом М2 и полезной мощностью Р2 определяется соотношением Р2 = М2 ω2 , где ω2 — угловая скорость ротора. Поскольку n2 изменяется мало, эта зависимость близка к линейной. Чтобы определить моментМ2 на валу двигателя, по круговой диаграмме находят электромагнитный момент М, а затем из него вычитают момент, обусловленный трением в двигателе, — Мт = ΔРт /ω2 : М2 = М - Мт. Ток статора. Ток I1 получают по круговой диаграмме непосредственным измерением отрезков, соединяющих начало координат с точками А1 , А2 , А3 и другими на окружности токов. Активная составляющая тока пропорциональна полезной мощности. Реактивная составляющая в диапазоне рабочих нагрузок изменяется мало, так как она определяется главным образом током холостого хода, который составляет 20—40% от номинального тока. Коэффициент мощности. При переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки коэффициент мощности возрастает от значения cos φ1 = 0,09 ÷ 0,18 до некоторой максимальной величины: для двигателей малой и средней мощности (1 - 100 кВт) cos φ1 = 0,7 ÷ 0,9, а для двигателей большой мощности (свыше 100 кВт) cos φ1 =0,90 ÷ 0,95. При дальнейшем увеличении нагрузки cos φ1 несколько уменьшается. Следовательно, работа асинхронного двигателя при малых нагрузках, когда cos φ1 мал, в энергетическом отношении невыгодна. В двигателях с фазным ротором кривые η и cos φ1 располагаются несколько ниже, чем у соответствующих двигателей с короткозамкнутым ротором. На это влияют следующие причины: а) возникновение дополнительных потерь мощности в результате наличия щеток на контактных кольцах; б) уменьшение полезной мощности из-за худшего использования объема ротора (обмотку ротора выполняют из изолированного провода, вследствие чего пазы ротора частично заполняются изоляцией); в) увеличение намагничивающего тока из-за возрастания магнитного сопротивления зубцовопазового слоя ротора в результате уменьшения поперечного сечения зубцов. Коэффициент полезного действия. Зависимость η от полезной мощности Р2 имеет такой же характер, как и для трансформатора. Эта зависимость имеет общий характер для большинства электрических машин. При изменении нагрузки электрической машины отдельные виды потерь изменяются по-разному: электрические потери ΔРэл в обмотках статора и ротора, а также добавочные потери ΔРдоб изменяются пропорционально квадрату тока нагрузки; электрические потери в щеточном контакте ΔРщ . элизменяются пропорционально току в первой степени; механические ΔРт и магнитные ΔРм потери остаются практически постоянными - такими же, как при холостом ходе, если напряжение машины U1 и частота ее вращения п2 не изменяются. По этому признаку все виды потерь можно разделить на две группы: постоянные потери ΔРпост = ΔРм + ΔРт ипеременные потери ΔРпер = ΔРэл + ΔРщ. эл + Рдоб , которые можно приближенно считать пропорциональными квадрату тока нагрузки (обычно потери ΔРщ. эл малы по сравнению с ΔРэл ). Мощность Р2 ,отдаваемая машиной (Рэл в генераторах и Рмех в двигателях), пропорциональна току нагрузки I в первой степени, поэтому зависимость КПД от тока нагрузки η = Р2 /Р1 = Р2 /(Р2 + ΔРпост + ΔРпер ) = АI/(АI + В + СI2), где А, В, С — постоянные. При проектировании электрической машины обычно так распределяют потери мощности, что указанное условие выполняется при наиболее вероятной нагрузке машины, несколько меньшей номинальной. Во вращающихся электрических машинах средней и большой мощности это условие выполняется при нагрузках примерно 60% от номинальной. При увеличении номинальной мощности относительная величина суммарных потерь уменьшается. Следовательно, должен возрастать и КПД машины. Эта закономерность проявляется во всех типах вращающихся электрических машин и в трансформаторах — машины большей номинальной мощности всегда имеют соответственно и больший КПД, и, наоборот, КПД машин малой мощности и микромашин обычно невелик. Так, например, КПД вращающихся электрических машин мощностью свыше 100 кВт составляет 0,92 — 0,96, мощностью 1 — 100 кВт — 0,7—0,9, а микромашин — 0,4—0,6. КПД асинхронного двигателя можно определить из круговой диаграммы как отношение отрезков AF : АС (на упрощенной диаграмме, см. рис. 4.18,а) или AM : АС (на уточненной диаграмме, см. рис. 4.18,6). Однако для получения более точных результатов КПД рекомендуется определять путем расчета отдельных видов потерь. Синхронный генератор. Назначение, строение, принцип действия. Синхронным генератором (СГ) называют устройство, выполняющее функцию трансформации механической энергии в электрическую. Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижной - статора и вращающейся - ротора, и имеет две основные обмотки. Одна обмотка подключается к источнику постоянного тока. Протекающий по этой обмотке ток создает основное магнитное поле машины. Эта обмотка располагается на полюсах и называется обмоткой возбуждения. Иногда у машин небольшой мощности обмотка возбуждения отсутствует, а магнитное поле создается постоянными магнитами. Другая обмотка является обмоткой якоря. В ней индуктируется основная ЭДС машины. Она укладывается в пазы якоря и состоит из одной, двух или трех обмоток фаз. Наибольшее распространение в синхронных машинах нашли трехфазные обмотки якоря. В синхронных машинах чаще всего находит применение конструкция, при которой, обмотка якоря располагается на статоре, а обмотка возбуждения - на роторе (рис. 1). Синхронные машины небольшой мощности иногда имеют обращенное исполнение, когда обмотка якоря располагается на роторе, а обмотка возбуждения - на полюсах статора (рис. 2). В электромагнитном отношении обе конструкции равноценны.  Рассмотрим принцип действия синхронного генератора. Если через обмотку возбуждения протекает постоянный ток, то он создает постоянное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью. При вращении полюсов и, следовательно, магнитного поля относительно проводников обмотки якоря в них индуктируются переменные ЭДС, которые, суммируясь, определяют результирующие ЭДС фаз. Если на якоре уложены три одинаковые обмотки, магнитные оси которых сдвинуты в пространстве на электрический угол, равный 120°, то в этих обмотках индуктируются ЭДС, образующие трехфазную систему. Частота индуктируемых в обмотках ЭДС зависит от числа пар полюсов р и частоты вращения ротора п:
Раздел 2 Электроника. Образование и свойства n-р-перехода. Вольтамперная характеристика. Виды пробоя. Полупроводниковые диоды и их краткая характеристика. Биполярные транзисторы: характеристики, схемы включения и параметры. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, принцип работы, основные характеристики. Полевые транзисторы МДП - типа, принцип работы, основные характеристики. Тиристоры. Однофазный однополупериодный выпрямитель. Однофазный мостовой выпрямитель. Трехфазный мостовой выпрямитель (схема Ларионова). Сглаживающие фильтры: схемы и их параметры. Усилительный каскад на биполярном транзисторе. Операционные усилители (ОУ): параметры и характеристики. Логические элементы: определения, обозначения. RS-триггеры. D-триггеры. T-триггеры. JK-триггеры. Регистры. Параллельный регистр. Обозначение, принцип действия Последовательный сдвиговый регистр. Обозначение, принцип действия. Шифратор, дешифратор. Обозначение, принцип действия |
