Методические рекомендации по срс при подготовке к выполнению лабораторных работ по курсу Электротехника и Электроника
 Скачать 1.19 Mb.
|
n1. С увеличением нагрузки ток ротора возрастает и вызывает нагрев его обмотки. На этом участке электрические потери в роторе ΔР2э пропорциональны скольжению: Ответ 1 Двигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора.Статор изготовлен в виде полого стального цилиндра c пазами на внутренней стороне. В пазахстатора расположена 3-х фазная обмотка (несколько токовых катушек с осями под углом α =120° / р, где p число пар катушек- полюсов). Обмотки соединяются по схеме «звезда» или «треугольник». Ротор представляет собой цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах сердечника ротора располагаются алюминиевые или медные стержни короткозамкнутой обмотки, торцевые концы которых замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни (так называемое “беличье колесо”). [ Касаткин, Электротехника, стр. 419]  Рисунок фото стр. 415 Пантюшин Принцип действия АД – основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках ротора. Магнитное поле, пересекая активные проводники обмотки ротора, индуцирует в них ЭДС, согласно закону ЭМИ. В замкнутом проводнике ротора возникает ток Iр. На проводник с током, помещенный в магнитное поле действует сила, направление которой определяется правилом левой руки. Эта сила создает вращающий момент M=FD, где D-диаметр ротора. Ротор начинает вращаться в направлении магнитного поля с частотой n2 несколько меньшей n1. Степень отставания характеризуется параметром скольжение S . S =n1-n2/n1. Под действием нагрузки скорость вращения ротора уменьшается. Вопрос2. Какими достоинствами и недостатками обладает трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором? Ответ2: Достоинства: а)простота конструкции и обслуживания, б) низкая стоимость, в) надежность в эксплуатации, экономичность, г) легко осуществлять реверс, д) возможность использования во взрывоопасных производствах. ( нет искрения). Недостатки: а)Потребление реактивного намагничивающего тока, что снижает коэффициент мощности сети., б) Плохие пусковые характеристики. Пусковой ток превышает номинальный в 6-8 раз, в) Неудовлетворительные регулировочные характеристики. Вопрос3. Дать характеристику магнитного поля асинхронного двигателя. Ответ3: Принцип получения вращающегося магнитного поля.   Если подключить катушки статора АХ,ВY,CZ ( рис 6-3а ) к 3-х фазному напряжению, то ток в каждой из катушек будет изменяться в соответствии с временной диаграммой изменения 3-х фазного напряжения (рис 6-3б) , соответственно магнитное поле создаваемое этими токами будет изменяться аналогичным образом. В каждый момент времени магнитные поля каждой из катушек суммируются и дают результирующее поле. Рассмотрим процесс получения результирующего поля в моменты времени когда токи в фазах А, В и С максимальны и положительны ( интервал времени составит одну треть периода Т/3) . Пусть в момент времени t1 ток катушки АХ IA положительный и поле этой катушки направлено вдоль оси этой катушки. В это же время токи катушек фаз В и С отрицательны и их магнитные поля направлены противоположно их осям. Оси катушек расположены под углом 120°. Сумма 3х-полей дает магнитное поле направленное вдоль оси катушки АХ. (рис 6-4a)  Аналогичные рассуждения в моменты времени t2=t1+T/3 и t3=t3+T/3 дают результирующие поля вдоль осей BY второй катушки и CZ третьей катушки соответственно. Через время равное периоду Т вектор магнитного поля вновь будет расположен вдоль оси АХ первой катушки. Таким образом, мы получили вращающееся магнитное поле. В каждый момент времени поле направлено перпендикулярно продольной оси статора. Часть магнитного поля статора выходит из статора и замыкается по воздуху. Это поля рассеяния. Они не участвуют в процессе передачи энергии от статора к ротору. Вопрос4. Как осуществить реверс двигателя? Ответ4. Для осуществления реверса двигателя необходимо сменить направление вращения магнитного поля статора. Это достигается простым переключением последовательности фаз питания (рис 6-4). Включение Q1 прямой ход , включение Q2 о  братный ход.Вопрос5. Что такое режим идеального холостого хода в двигателе? Ответ5. Режим идеального холостого хода двигателя - это режим работы в отсутствии нагрузки на валу. При этом частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля и скольжение S=0. Вопрос6. Почему ток холостого хода асинхронного двигателя больше тока холостого хода трехфазного трансформатора такой же мощности? 1 .В АД , так же как и в трансформаторе , ток в роторе возникает благодаря процессу взаимоиндукции. В режиме холостого хода ротор АД вращается, преодолевая момент сил сопротивления в подшипниках и трение о воздух. На создание этого момента необходим ток в роторе. Следовательно по обмотке ротора (аналог вторичной обмотки трансформатора) протекает ток IАД20., а в обмотке статора ток IАД10 В трансформаторе в режиме холостого хода ток во вторичной обмотке отсутствует IТР 20= 0 , а в первичной обмотке IТР10 . Уравнения магнитного состояния трансформатора и АД одинаковы : I10 = I1- יI 2.→ : I1=I10 + יI 2. Из уравнений следует, что в АД ток IАД1 статора больше тока в первичной обмотке трансформатора IТР1. 2. В АД имеется воздушный зазор между ротором и статором, следовательно рассеяния магнитного потока больше, чем в трансформаторе, а значит и энергетические потери больше. Это требует увеличения тока статора. Вопрос7. Чему равно скольжение в номинальном, критическом, пусковом режимах и при идеальном холостом ходе? Ответ7.: a) При пуске n2=0 S=n1-n2/n1= 1 б) При идеальном холостом ходе n2= n1 , S=n1-n2/n1=0. В) В номинальном режиме S ном = ΔРэ2/Рэм= (Р номэм - Рноммех)/ Рномэм . ΔРэ2 электрические потери в роторе, Рэм- электромагнитная мощность Рномэм= 2π· n1 · Мном , Рноммех - указывается в техническом паспорте двигателя. Обычно S ном =1,5÷7%. г) В критическом режиме  , где r ,2 = к·r2, r2 - активное сопротивление ротора, к- обмоточный коэффициент, r1 - активное сопротивление статора, хК= х1+х,2 сумма индуктивных сопротивлений статора и приведенного индуктивного сопротивления ротора.Вопрос8. Показать на механической характеристике основные режимы работы асинхронного двигателя Ответ8 : Механическая характеристика двигателя это зависимость числа оборотов ротора от момента на валу n2=f( М). В установившемся ( статическом) режиме электромагнитный момент на валу двигателя равен моменту сил нагрузки (моменту сил сопротивления) Мэм=Мн .  На графике механической характеристики (рис 6.12) можно выделить характерные области: 1.М=0, М → Мпуск →пуск двигателя , разгон от n2=0 до n2= n1 (1-S). Если нагрузка на валу МН=0, то n2=n1 →холостой ход. 2.Если 0<М< М ном → область недогрузки, 3.М= М ном→номинальный режим , 4.Мкр>М> М ном →область перегрузки, 5.М >Мкр → n2→0, остановка двигателя («опрокидывание»). С точки зрения асинхронной машины можно выделить области  Вопрос9. Перечислить и объяснить основные способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя. Ответ9 : Для трехфазного АД возможности регулирования частоты ( в оборотах в минуту) определяются соотношением n=60 f / p (1 - S), где f-частота переменного тока; S-скольжение; p-число пар полюсов. Следовательно частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать изменяя: а) частоту f питающей сети. Для этого применяют машинные и полупроводниковые (тиристорные) преобразователи; б) изменяя число пар полюсов(ступенчатое регулирование). При p=1;2;3;… n1=3000, 1500, 1000 об / мин. Габариты и стоимость двигателя возрастают. в) скольжение можно изменять только в асинхронном двигателе с фазным ротором. Вопрос10: В чем особенности пускового режима асинхронного двигателя? Ответ10 : При прямом пуске АД ток потребляемой из сети в 5-8 раз превышает номинальный ток, при этом пусковой момент мал.. Поэтому применяют различные способы уменьшения пускового тока . 1) Уменьшают напряжения питающей сети используя переключение с треугольника на звезду, используя автотрансформаторы. 2) Используют роторы в виде 2-го беличьего колеса. В момент пуска при больших токах суммарное индуктивное сопротивление ротора зависит от скольжения. С увеличением скольжения оно увеличивается, при уменьшении уменьшается. Это позволяет создавать хороший пусковой момент и уменьшать пусковой ток. Вопрос11: Перечислить и сравнить различные способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Ответ11: Пусковые свойства АД определяются следующими величинами: Пусковым током, начальным пусковым вращающим моментом, плавностью и экономичностью пускового процесса, длительностью пуска. Способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: 1) Прямой - непосредственное подключение к сети. При этом пусковой ток IП составляет 6÷8 Iном, пусковой момент 1÷2 Мном. Метод применим для двигателей малой и средней мощности <200квт. Частые прямые включения мощного двигателя могут привести к колебаниям энергии в силовой сети, что опасно для нее. 2) Уменьшают напряжение питающей сети используя переключение с треугольника на звезду, Метод применим для двигателей малой и средней мощности <200квт. Уменьшение напряжения на обмотках происходит в √3 раз, а пусковой ток в 3 раза. **) Уменьшение напряжения на обмотках может уменьшать пусковой момент и он станет меньше требуемого т.е меньше момента нагрузки. Ротор просто не сможет вращаться !!!. 3) Используя регулируемые автотрансформаторы, при этом уменьшение напряжения в √2 раз вызывает уменьшение пускового тока и пускового момента в 2 раза. 4) Включают в каждую фазу по дросселю(реактору). Дроссель ограничивает пусковой ток, но одновременно уменьшается пусковой момент. 5) Используют роторы в виде двойного беличьего колеса. В таком роторе суммарное индуктивное сопротивление 2-х беличьих колес зависит от скольжения. С увеличением скольжения оно увеличивается, при уменьшении уменьшается. Это позволяет создавать хороший пусковой момент и уменьшать пусковой ток. Вопрос12: Объяснить особенности рабочих характеристик асинхронного двигателя. Ответ12: Рабочие характеристик асинхронного двигателя это зависимости n, M, сosφ, I1, P1 , КПД-η от полезной мощности на валу Р2. представлены на рис 6-12.  а) Зависимость η=f(P2) КПД двигателя η= P2/ P1= P2/ ΔР+ P2 P  1 –мощность электрической энергии, поступившая из сети в двигатель,P2 –мощность, преобразованная в полезную механическую энергию, P1= ΔР+ P2 ΔР= мощность всех потерь в двигателе: электрических и магнитных потерь в статоре, электрических потерь в роторе и механических потерь ( трение в подшипниках , трение о воздух) .Потери в обмотках изменяются как I2 . Т.о. по мере роста нагрузки ток двигателя растет, а потери растут быстрее. Поэтому в начале по мере роста нагрузки КПД растет быстро, а затем медленно и достигает максимума при 70-75% нагрузки. При дальнейшем увеличении нагрузки Р2 потери значительно возрастают и КПД уменьшается. б)Зависимость М=f(P2) По определению в статическом режиме Мэм=Мнагрузки поэтому М эм= P2/ ω2 где ω2= ω1 ·(1-S) угловая частота вращения ротора. ω1- угловая частота вращения магнитного поля , S-скольжение. Поэтому зависимость М=f(P2) линейная. в)Зависимость сosφ =f(P2) В АД имеет место два энергетических процесса: а) Необратимый расход активной энергии Р1 и б) Обратимый процесс периодического изменения запаса энергии магнитного поля, мерой которой является реактивная мощность Q1, Соотношение между активной мощностью и реактивной мощностью оценивается коэффициентом мощности двигателя сosφ =Р1/ S, где  Коэффициент мощности двигателя зависит от нагрузки на его валу. При холостом ходе, энергия расходуется только на покрытие небольших электрических и магнитных потерь в статоре и незначительных механических потерь в подшипниках., Это означает, что активная мощность мала, а реактивная велика., поэтому сosφ мал. Обычно сosφхх =0,08÷0,15. С увеличением нагрузки активная мощность Р1 так же увеличивается , а реактивная Q1 изменяется незначительно. При нагрузке Р2 =Р2ном сosφ достигает максимума сosφmax =0,75÷0,95. При дальнейшем увеличении нагрузки из за увеличения потоков рассевания Q1 растет и сosφ уменьшается. В виду массового применения АД в производстве, использование их с сosφ < 0,45 нежелательно, такие двигатели надо заменить на более экономичные. г)Зависимость n2 =f(P2) Скорость вращения и скольжение связаны зависимостью n2=n1(1-S). В режиме холостого хода скольжение S |
ависимость скольжения S =f(P2) имеет вид (Рис 12б):