Лекция 16 14. 12. 21
 Скачать 1.03 Mb.
|
Лекция №1614.12.21 7. Электрические машины переменного тока7.10. Пуск асинхронных двигателей 7.13. Принцип действия синхронного генератора 7.14. Работа синхронного генератора в энергосистеме 7.15. Регулирование активной мощности 7.16. Регулирование реактивной мощности §7.9. Полюсное регулированиеЗаключается в изменении числа пар полюсов p вращающегося магнитного поля статора. При этом изменяется частота вращения поля статора Это ступенчатое изменение частоты вращения. p↑ ⟹ nxx↓, 0↑ ⟹ Mmax↑↑ ⟹ Mпуск ↑↑ p ↓ ⟹ nxx↑, 0↓ ⟹ Mmax ↓↓ ⟹ Mпуск ↓↓ Обычно изменение числа пар полюсов происходит за счет изменения соединения между катушками статорной обмотки. 0 p = 1 p = 2 §7.9. Полюсное регулированиеДостоинство такого способа –экономичность. Недостатки – невозможность плавного регулирования частоты вращения ротора, изменение перегрузочной способности ТАД. 0 §7.9. Реостатное регулированиеПрименяется для двигателей с контактными кольцами. К обмоткам ротора подключается трехфазный регулировочный реостат R2рег. При введении реостата изменяется критическое скольжение R2↑ ⟹ sкр↑ ⟹ nкр↓ ⟹ Mпуск ↑ R2 ↓ sкр ↓ ⟹ nкр ↑⟹ Mпуск ↓ Максимальный момент и частота вращения поля статора остаются постоянными. 0 §7.9. Реостатное регулированиеДостоинство такого способа регулирования – можно плавно регулировать частоту вращения в широких пределах. Недостаток – неэкономичность, так как с увеличением сопротивления возрастает мощность потерь, а значит, уменьшается КПД. 0 В начале пуска ротор неподвижен, s = 1, и ЭДС ротора E2 принимает наибольшее значение: Ток в обмотках ротора также увеличивается по сравнению с установившимся режимом. Значит, и пусковой момент больше момента в номинальном режиме. Но при пуске уменьшается cos, поэтому пусковой момент уже будет незначительно больше номинального момента. Чтобы запустить двигатель, необходимо, чтобы возник достаточный пусковой момент, который будет больше момента сопротивления. Но при этом ток должен незначительно превышать ток в номинальном режиме, чтобы не было электрического выхода из строя ротора. Видно, что электромагнитный момент пропорционален активной составляющей тока ротора M I2акт. Значит, для уменьшения тока ротора и увеличения пускового момента необходимо увеличивать активное сопротивление обмоток ротора. Это возможно при добавлении пускового реостата в цепь ротора. В цепь ротора включают дополнительный трехфазный реостат, называемый пусковым реостатом. статор ротор контактные кольца пусковой реостат По мере возрастания частоты вращения ротора секции реостата постепенно выводятся, и при достижении установившегося режима щетки закорачиваются накоротко. При подключении пускового реостата увеличивается критическое скольжение Также возрастает cosпуски уменьшается пусковой ток ротора I2пуск. При этом увеличивается пусковой момент Mпуск: Он может достигнуть значения максимального момента, если увеличить сопротивление обмотки ротора до достижения значения sкр = 1. Увеличение пускового момента снижает время разгона ротора, а значит, уменьшает общее время пуска. §7.9. Реостатное регулированиеМеханическая характеристика имеет такой же вид, как и при реостатном регулировании частоты вращения ротора. При пуске вводят в цепь ротора все секции реостата, а по мере разгона ротора постепенно выводят их (закорачивают). 0 Для улучшения пусковых свойств этого типа двигателя его «беличью клетку» выполняют из узких стрежней, расположенных в глубоких пазах. Участки проводников, расположенные на дне паза, сцеплены с большим числом силовых магнитных линий, по сравнению с верхними участками. В начале пуска, когда частота ЭДС и тока в роторе максимальна (f2 = f1), индуктивные сопротивления отдельных участков стержней сильно отличаются. A B C D Получаем неравномерное распределение сопротивления стержня. Ярко выражен поверхностный эффект – вытеснение тока на поверхность. Площадь сечения проводника, по которому протекает ток, уменьшается – это равнозначно увеличению активного сопротивления проводника. A B C D В номинальном режиме частота ЭДС и токов в роторе снижается, f2 = sf1. Значит, индуктивное сопротивление по сечению стержня распределено более равномерно. Ток также равномерно распределен, что равнозначно уменьшению активного сопротивления. A B C D §7.11. Применение синхронных машинСинхронными называют электрические машины, в которых ротор вращается с той же скоростью, что и магнитное поле статора, то есть синхронно с ним. Синхронные машины обратимы, они могут работать в режиме генератора и двигателя. Синхронные генераторы (СГ) являются самыми мощными источниками электрической энергии. Они применяются на электростанциях и вырабатывают до 95% всей электрической энергии. Мощность одного синхронного генератора может достигать 1000 МВт. Синхронные двигатели (СД) также являются самыми мощными из всех видов электродвигателей. Они применяются для улучшения коэффициента мощности электроустановок, и называются синхронными компенсаторами. Синхронные машины состоят из двух частей. Неподвижная часть – статор, и вращающаяся часть – ротор. Статор выполнен так же, как и в асинхронной машине. Он представляет собой полый цилиндр, набранный из листов электротехнической стали. С внутренней стороны он имеет пазы, в которые укладываются катушки трехфазной обмотки. Эти катушки смещены в пространстве на угол 120°, и трехфазные переменные токи в катушках создают вращающееся магнитное поле статора. A X B Y C Z Ротор представляет собой массивный электромагнит. С внешней стороны ротора расположены катушки обмотки возбуждения, которые подключены к источнику постоянного напряжения через коллекторно-щеточный аппарат в машинах малой и средней мощности, или к вентильной системе возбуждения в машинах большой мощности. Это позволяет создать в синхронных машинах постоянное магнитное поле ротора, которое вращается со скоростью вращения ротора. Ротор в синхронной машине может быть выполнен двух видов – явнополюсным или неявнополюсным. Явнополюсные роторы имеют выступающие полюсы с полюсными наконечниками. На полюсы надеты катушки обмотки возбуждения. Такой тип исполнения ротора применяется в машинах с большим числом пар полюсов и малой частотой вращения ротора. Это гидрогенераторы. N N S S Неявнополюсные роторы имеют пазы, в которых уложена распределенная обмотка возбуждения. Такой тип исполнения ротора применяется в машинах с малым числом пар полюсов, а значит, с большей частотой вращения ротора. Это, как правило, турбогенераторы. S N §7.13. Принцип действия СГРотор синхронного генератора приводится во вращение приводным двигателем (турбиной) с постоянной скоростью n2. Обмотки возбуждения, расположенные на роторе, создают постоянное магнитное поле, которое вращается вместе с ротором, с частотой вращения ротора Магнитное поле ротора называют основным. IВ n2 §7.13. Принцип действия СГСиловые линии магнитного поля при вращении ротора пересекают неподвижные проводники обмотки статора и, по закону электромагнитной индукции, индуцируют в них ЭДС. Если распределение индукции между статором и ротором синусоидально, то и наводимая ЭДС будет синусоидальна. Так как магнитное поле ротора постоянно, то ЭДС будут одинаковы как по частоте, так и по амплитуде. За счет пространственного смещения катушек обмотки статора, по фазе амплитудные значения ЭДС будут смещены на угол 120°. IВ n2 e1 §7.13. Принцип действия СГЧастота ЭДС определяется частотой вращения ротора. Если к обмоткам статора подключить симметричный приемник, то в обмотках статора возникнут токи, также имеющие сдвиг по фазе в угол 120°. С возникновением этих токов возникнет также вращающееся магнитное поле статора. Частота вращения этого магнитного поля определяется числом пар полюсов и частотой токов статорной обмотки. IВ n2 n1 e1 §7.13. Принцип действия СГТогда получаем: Магнитное поле статора, воздействуя на проводники ротора, вызывает возникновение электромагнитных сил, действующих на ротор в таком направлении, чтобы препятствовать его вращению. То есть создается тормозящий электромагнитный момент MЭМ. В установившемся режиме он равен вращающему моменту приводного двигателя. вращающий механический момент приводного двигателя тормозящий электромагнитный момент генератора IВ n2 n1 Fэм e1 Угол рассогласования полюсовНаправление магнитного поля статора определяется сдвигом по фазе между ЭДС и током в обмотке статора. Сдвиг по фазе зависит от характера подключаемой к генератору нагрузки. При активной нагрузке ЭДС и ток совпадают по фазе. Тогда магнитное поле статора перпендикулярно магнитному полю ротора. N0 S0 Na Sa резистивная нагрузка Угол рассогласования полюсовПри реактивной индуктивной нагрузке магнитные поля статора и ротора направлены противоположно. При реактивной емкостной нагрузке магнитные поля статора и ротора сонаправлены. N0 S0 N0 S0 N0 S0 Na Sa Na Sa Na Sa резистивная нагрузка индуктивная нагрузка емкостная нагрузка Угол рассогласования полюсовРезультирующим магнитным полем называют результат сложения магнитных полей статора и ротора. Это возможно при условии, что магнитная цепь машины ненасыщенна. В зависимости от характера нагрузки, результирующее поле будет по-разному направлено относительно основного поля ротора. Угол между магнитными осями полей ротора и результирующего поля называют углом рассогласования полюсов . N0 S0 N0 S0 N0 S0 Na Sa Na Sa Na Sa Nрез Sрез Nрез Sрез Nрез Sрез резистивная нагрузка индуктивная нагрузка емкостная нагрузка = 0 = 0 |