Конструкция трансформаторов Трансформатор представляет собой линейный электромагнитный аппарат

• Название: Конструкция трансформаторов Трансформатор представляет собой линейный электромагнитный аппарат
• Дата: 06.03.2023
• Размер: 1.16 Mb.
• Имя файла: Tr.docx
• Тип: Документы; #971360
• страница: 3 из 7

Часть электромагнитной мощности, как мы выяснили выше, теряется в виде электрических потерь в обмотке ротора,
,
а остальная часть мощности   преобразуется в механическую мощность
.
Часть механической мощности   теряется внутри самой машины в виде механических потерь  , магнитных потерь   и добавочных потерь  . Механические потери включают потери на трение и на вентиляцию. Их расчет выполняется по эмпирическим формулам. Магнитные потери   обычно малы и отдельно не определяются , а учитываются в   вместе с потерями в стали статора. Добавочные потери вызваны в основном высшими гармониками магнитных полей. Они трудно поддаются расчету. Поэтому добавочные потери оценивают приближенно величиной 0,5% от номинальной мощности двигателя.
Полезная мощность на валу двигателя

.

В соответствии с изложенным энергетическую диаграмму двигателя можно представить в виде, показанном на рис. 4.10. Сумма потерь   определяет КПД двигателя
.
КПД двигателей мощностью от 1 кВт до 1000 кВт лежит в пределах 

26. вопрос Векторная диаграмма асинхронного двигателя

Для построения векторной диаграммы асинхронного двигателя необходимо чтобы параметры цепи ротора были приведены к цепи статора. Это достигается заменой числа витков одной фазной обмотки w₂, с числом фаз m₂ и обмоточным коэффициентом k_об2 на w₁, m₁, k_об1.

  Энергетические параметры должны быть пересчитаны правильно, для того чтобы сохранить энергетические соотношения в двигателе.

  ЭДС приведенной вторичной обмотки



  Коэффициент трансформации токов 



  Отсюда приведенный ток вторичной обмотки



  В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором числа фаз m₁ и m₂ не равны, потому что каждый стержень короткозамкнутой обмотки рассматривается как отдельная фаза, число витков такой обмотки w₂=0.5, а число фаз равно числу стержней m₂=Z₂. Обмоточный коэффициент для такой обмотки k_об2=1. Исходя из этого k_e≠k_i, в отличие от трансформатора.

  Активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки



   Угол сдвига фаз между E₂’ и I₂’ 



  Уравнения токов, напряжений статора и ротора 



  На основании этих уравнений выполняется построение векторной диаграммы асинхронного двигателя

 

  Построение векторной диаграммы начинается с вектора основного магнитного потока Ф. Затем откладываются вектора E₂’ и E₁, которые отстают от вектора Ф на 90⁰. Затем зная угол сдвига фаз ψ₂ между I₂’ и E₂’, строят вектор I₂’. Вектор I₀ опережает Ф на угол δ, а вектор I₁ находят как векторную сумму I₀ и -I₂’. Вектор U₁ строим, добавляя к вектору –E₁ падение напряжения I₁r₁ параллельно вектору I₁, затем откладываем jI₁x₁ и получаем вектор I₁Z₁, который складываем с –E₁ и в итоге получаем U₁.

  Так как асинхронный двигатель в данном случае можно рассматривать как трансформатор, работающий на активную нагрузку, то вектор –I₂’r₂’(1-s)/s откладываем под тем же углом, что и I₂', затем прибавляем к нему –I₂’r₂’ и –jI₂’x₂, получаем вектор –I₂’Z₂. 

27.вопрос Электромеханическая (скоростная) и механическая характеристики асинхроннй машины

Механическая характеристика. Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n₁ (скольжение s_ном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент M_max двигатель развивает при некоторое скольжении s_kp, составляющем 10—20%. Отношение M_max/M_ном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение М_п/М_ном — его пусковые свойства.

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки М_вн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения M_max (до точки В). Если нагрузочный момент М_вн превысит момент M_max, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R_1п (кривая 2), R_2п (кривая 3) и R_3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R₂ и возрастает s_кp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент М_п также зависит от R₂. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент М_п был равен наибольшему М_max.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками. Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент М_п такого двигателя значительно больше, чем момент М’_п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рабочие характеристики.Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М₂, тока статора I₁коэффициента полезного действия ? и cos?₁, от полезной мощности Р₂ = Р_mx при номинальных значениях напряжения U₁ и частоты f₁ (рис. 264). Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р₂ изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М₂ пропорционален мощности Р₂, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента М_тр, создаваемого силами трения.

Ток статора I₁, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р₂ = 0 имеется некоторый ток холостого хода I₀. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cos?₁ асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтомунельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Электромеханическая

Для АД существуют два типа характеристик:  (S) и  (S).

Уравнение для второй электромеханической характеристики уже получено ранее в виде (8.13).

Ток ротора  является основной величиной для оценки работы двигателя.

Ввиду отсутствия подробных данных о сопротивлениях двигателя, для построения электромеханической характеристики удобно воспользоваться параметрами, используемыми для построения механических характеристик двигателя поформуле Клосса (8.18).

Для анализа формы электромеханической характеристики ее уравнение (без вывода) можно представить в виде [1,2]

 

. (8.20)

Из формулы (8.20) видим, что ток ротора интенсивно растет при увеличении скольжения от нуля до Sк. При S=Sк  . При дальнейшем росте скольжения S > Sк ток  увеличивается медленно (рис. 8.4).

 



 

Рис. 8.4. Электромеханические характеристики АД

 

Для схемы замещения с вынесенным на зажимы сети контуром намагничивания ток намагничивания Iμ сохраняется неизменным во всех режимах. 
С достаточной степенью точности его можно считать чисто реактивным, пренебрегая потерями мощности на перемагничивание стали статора.

Ток  определяется как [1,2,4]

, (8.21)

где  – коэффициент.

Для выпускающих промышленностью машин значение  лежит в пределах 0,4–0,8 и соответствующие им токи  = 3–8. Поэтому в среднем  0,13–0,115. Зависимости и  показаны на рис. 8.4.

Необходимо обратить внимание, что при одинаковых значениях скольжения ток ротора в двигательном режиме меньше тока в генераторном режиме.

28.вопрос Пуск асинхронных двигателей

 ПУСК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Способы пуска. При пуске двигателя по возможности должны удовлетворяться основные требования: процесс пуска должен осуществляться без сложных пусковых устройств; пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи - по возможности малыми. Иногда к этим требованиям добавляют и другие, обусловленные особенностями конкретных приводов, в которых используют двигатели: необходимость плавного пуска, максимального пускового момента и пр.

Практически используют следующие способы пуска: непосредственное подключение обмотки статора к сети (прямой пуск); понижение напряжения, подводимого к обмотке статора при пуске; подключение к обмотке ротора пускового реостата.

Прямой пуск. Этот способ применяют для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины.

В асинхронных двигателях отношение L/R сравнительно мало (особенно в малых двигателях), поэтому переходный процесс в момент включения характеризуется весьма быстрым затуханием свободного тока. Это позволяет пренебречь свободным током и учитывать только установившееся значение тока переходного процесса.

Двигатели обычно пускают с помощью электромагнитного выключателя К - магнитного пускателя (рис. 4.27, а) и разгоняют автоматически по естественной механической характеристике М (рис. 4.27,6) от точки П, соответствующей начальному моменту пуска, до точки Р, соответствующей условию М = М_ст. Ускорение при разгоне определяется разностью абсцисс кривых М и М_ст и моментом инерции ротора двигателя и механизма, который приводится во вращение. Если в начальный момент пуска Мп < М_ст , двигатель разогнаться не сможет.

Рис.   4.27.   Схема  прямого  пуска  асинхронного  двигателя  и графики изменения моментов и тока

Значение начального пускового момента можно получить из формулы (4.46а), приняв s = 1:

(4.58)

М_п = m₁ U₁²R'₂ /{w₁ [(R₁ + R'₂ )² + (X₁ + Х'₂ )² ]}.

Отношение моментов М_п /М_ном = k_п.м называют кратностью начального пускового момента. Для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 0,6—100 кВт ГОСТом установлено k_п.м= 1,0÷2,0; мощностью 100-1000 кВт - k_п.м = 0,7÷1,0.

Получение кратностей пускового момента, больших регламентированных ГОСТом, обычно нежелательно, так как это связано либо с увеличением активного сопротивления ротора (см. 4.58), либо с изменением конструкции ротора (см. § 4.11), что ухудшает энергетические показатели двигателя.

Недостатком данного способа пуска кроме сравнительно небольшого пускового момента является также большой бросок пускового тока, в пять — семь раз превышающий номинальное значение тока.

Несмотря на указанные недостатки, пуск двигателя путем непосредственного подключения обмотки статора к сети широко применяют благодаря простоте и хорошим технико-экономическим свойствам двигателя с короткозамкнутым ротором — низкой стоимости и высоким энергетическим показателям (η, cos φ₁, k_м и др.).

Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяют для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения может осуществляться следующими путями:

а) переключением обмотки статора с помощью переключателя с нормальной схемы Δ на пусковую схему Y. При этом напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в √3 раз, что обусловливает уменьшение фазных токов в √3 раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на нормальную схему;

Рис.   4.28.   Схемы   включения   асин­хронного двигателя при пуске с пони­жением напряжения

б) включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных активных (резисторов) или реактивных (реакторов) сопротивлений (рис. 4.28, а). При этом на указанных сопротив лениях создаются некоторые падения напряжения ΔU_доб, пропорциональные пусковому току, вследствие чего к обмотке статора подается пониженное напряжение. По мере разгона двигателя снижается ЭДСЕ_2s , индуцированная в обмотке ротора, а следовательно, и пусковой ток. В результате уменьшается падение напряжения ΔU_доб на указанных сопротивлениях и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение. После окончания разгона добавочные резисторы или реакторы замыкаются накоротко контактором К1 ;

в) подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформаторАТр (рис. 4.28,6), который может иметь несколько ступеней, переключаемых в процессе пуска соответствующей аппаратурой.

Недостатком указанных методов пуска путем понижения напряжения является значительное уменьшение пускового и максимального моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения, поэтому их можно использовать только при пуске двигателей без  нагрузки.

Рис. 4.29. Механические характеристики при включении обмотки статора двигателя по схемам Y и Δ (а) и графики изменения М и I1 при пуске двигателя путем переключения обмотки статора со Y на  Δ (б)

На рис. 4.29 для примера приведены механические характеристики двигателя при номинальном и пониженном напряжении, т. е. при соединении обмотки статора по схемам Y и Δ, атакже графики изменения тока I₁ и момента М при пуске двигателя путем переключения обмотки статора со Y на Δ. Присоединении по схеме Y максимальный и пусковой момент уменьшаются в три раза, вследствие чего двигатель не в состоянии осуществить пуск механизма с нагрузочным моментом М_н.

Пуск с помощью реостата в цепи ротора. Этот способ применяют для пуска двигателей с фазным ротором. Если в цепь ротора включить пусковой реостат R_п, то активное сопротивление цепи ротора увеличится, вследствие чего точка К на круговой диаграмме (рис. 4.30, а) сместится ближе к точке О (точка К'). При этом максимальный момент (отрезок А_мЕ_м) не изменяется, а пусковой момент возрастает от значения Мп до М'п, так как увеличивается отрезок КЕ_п, пропорциональный этому моменту. Одновременно повышается критическое скольжение, а поэтому зависимость М =f(s) сдвигается в область больших скольжений, а зависимость п₂= f(М) — в область меньших частот вращения (рис. 4.30,6 и в, кривые 1—4).

Для того чтобы пусковой момент был равен максимальному, необходимо так подобрать сопротивление пускового реостата R_п, чтобы точка К' находилась вблизи точки А_м. Это условие выполняется при R'_п + R'₂ + R₁ ≈ X₁ + X'₂ . Включение сопротивления R пуменьшает также и пусковой ток двигателя, так как в этом случае

(4.59)

I_n = U₁ /√(R'_n + R'₂+ R₁ )² + (X₁ + Х'₂ )².

Пусковой реостат имеет обычно три — шесть ступеней (рис. 4.31, а), что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление, поддерживая высокое значение пуско-вого момента двигателя. Сначала двигатель пускается по характеристике 4 (рис. 4.31,6), соответствующей сопротивлению

Рис.   4.30.   Круговая   диаграмма  при   включении   реостата   в   цепь ротора  асинхронного  двигателя  и  получаемые  при   этом   механические характеристики

Рис. 4.31. Схема реостатного пуска асинхронного двигателя