Оглавление. Однофазные и трехфазные электрические цепи. Магнитные цепи Действующие значения синусоидального тока, эдс и напряжения Средние значения синусоидального тока, эдс и напряжения 3

• Название: Оглавление. Однофазные и трехфазные электрические цепи. Магнитные цепи Действующие значения синусоидального тока, эдс и напряжения Средние значения синусоидального тока, эдс и напряжения 3
• Анкор: Otvety_na_bilety_1.pdf
• Дата: 15.05.2018
• Размер: 7.93 Mb.
• Имя файла: Otvety_na_bilety_1.pdf
• Тип: Документы; #19255
• страница: 5 из 6

R
н
=
R
2
'
1−s
s
рассматривается как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора, те. машина имеет активную нагрузку.
Величина этого сопротивления определяется скольжением, а, следовательно, механической нагрузкой навалу двигателя. Если момент сопротивления навалу двигателя Мс
= 0, то скольжение s = 0; при этом величина ничто соответствует работе двигателя в режиме холостого хода.
В режиме холостого хода ток статора равен току намагничивания I
1
= I
0
. Магнитная цепь машины представляется намагничивающим контуром с параметрами x
0
, R
0
– индуктивное и активное сопротивления намагничивания обмотки статора. Если момент сопротивления навалу двигателя превышает его вращающий момент, то ротор останавливается. При этом величина н = 0, что соответствует режиму короткого замыкания.
Первая схема называется Т-образной схемой замещения АД. Она может быть преобразована в более простой вид. С этой целью намагничивающий контур выносят на общие зажимы. Чтобы при этом намагничивающий ток I
0
не изменял своей величины, в этот контур последовательно включают сопротивления R
1
и x
1
. В полученной Г- образной схеме замещения сопротивления контуров статора и ротора соединены последовательно. Они образуют рабочий контур, параллельно которому включен намагничивающий контур.
Величина тока в рабочем контуре схемы замещения:

U
1
I
1
R
1
x
1
E
1
=E
'
2
x'
2
R'
2
I'
2
R
н
=R'
2
R
0
x
0
I
0
-----
1-s
н s
R
1
x
1

-47-
I
2
'
=
U
1
√
(
R
1
+
R
2
'
+
R
2
'
1−s
s
)
2
+(
x
1
+
x
2
'
)
2
=
U
1
√
(
R
1
+
R
2
'
s
)
2
+(
x
1
+
x
2
'
)
2
, где U
1
– фазное напряжение сети.
Электромагнитный момент АД создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся МП машины. Электромагнитный момент М определяется через электромагнитную мощность =
P
эм
ω
1
, где ω
1
=
2 π n
1 60
- угловая частота вращения МП статора э' 2
R
2
'
ω
1
s
, те. ЭМ момент пропорционален мощности электрических потерь в обмотке ротора =
m
1
U
1 Приняв в уравнении число фаз двигателя m
1
= 3; x
1
+ x
2
'
= x к, исследуем его на экстремум. Для этого приравниваем производную dM / ds к нулю и получаем две экстремальные точки. В этих точках момент М
к и скольжение s к называются критическими и соответственно равны:
s
к
=
±
R
2
'
√
R
1 2
+
s
к
2
M
к
=
3 U
1 2
2 ω
1
(
R
1
±
√
R
1 к, где «+» при s > 0, “-” при s < Зависимость ЭМ момента от скольжения M(s) или от частоты вращения ротора M(n
2
) называется механической характеристикой АД.
Если разделить M на к, получим удобную форму записи уравнения механической характеристики АД =
2 M
к
(
1+as
к
)
s
s
к
+
s
к
s
+
2as
к
, где Для АД мощностью выше 10 кВт можно считать, что R
1
= 0. Тогда =
2 M
к
s
s
к
+
s
к
s
, к ф 2 к, s
к
=
R
2
'
x
к

-48-

Характерные точки механических характеристик — режим идеального холостого хода. В этой точке s = 0; n
2
= n
1
; M = 0.
2 — режим короткого замыкания, или начальный этап пуска двигателя. В этой точке s = 1; n
2
= 0; M = M
кз
= пуск — режим работы с критическим скольжением. В этой точке s = s к M = к — номинальный режим работы, когда ММ ни s=s
н
=
n
1
−
n
2н
n
1
10. Способы пуска трехфазного асинхронного двигателя.
Пуск АД осуществляется путем подключения фазных обмоток статора к трехфазной сети переменного тока. Применяется прямой пуск, когда напряжение сети практически мгновенно подается на обмотки статора, и пуск, когда напряжение сети подается на обмотки статора ступенчато или плавно с помощью включения в цепь дополнительных элементов. Время пуска составляет от долей до нескольких секунд.
Для прямого пуска двигателя обмотку его статора подключают к трехфазной сети с помощью автомата А при включенном автомате А
2
После включения автомата А происходит разгон двигателя с увеличением частоты ротора от нуля до установившейся частоты вращения, при которой момент, развиваемый двигателем, равен моменту сил сопротивления навалу. Пуск возможен, если пусковой момент больше момента сопротивления навалу. В процессе пуска ток статора увеличивается от нуля до максимального значения I
1max
= (ни затем снижается до установившейся величины, близкой к номинальному значению.
Недостатки прямого пуска большой пусковой токи относительно малый пусковой момент.
В маломощных сетях для ограничения пускового тока применяют пуск с активным или индуктивным сопротивлением, включенным в цепь обмотки статора или пуск с переключением обмотки со звезды на треугольник.
Перед пуском двигателя с включенным дополнительным сопротивлением Д автомат А устанавливают в выключенное положение, затем включают автомат А. Происходит пуск двигателя с включенным последовательно с фазной обмоткой сопротивлением Д, поэтому напряжение на фазах обмотки припуске ниже напряжения сети, и пусковой ток снижается.

После окончания разбега ротора двигателя включают автомат А, контакты которого шунтируют добавочные пусковые резисторы Д. Подбором величины Д можно ограничить пусковой ток до любого значения.
Однако в этом случае одновременно уменьшаются пусковой и критический моменты из-за снижения напряжения на обмотках статора, вызванного падением напряжения на сопротивлении. Вместо активного сопротивления можно включить индуктивность.
Пуск двигателя с переключением обмоток статора двигателя со звезды на треугольник возможен, когда обмотка статора может быть соединена звездой и треугольником и напряжение сети соответствует соединению обмотки статора треугольником. Установив предварительно автомат А в положение 1, что соответствует соединению фазных обмоток статора звездой, автоматом А подключают обмотку статора к сети. После переходного процесса пуска автомат А переводят в положение 2 (треугольник. Напряжение фазы обмотки статора вовремя пуска меньше номинального враз. Вследствие этого фазный ток уменьшится в той же степени, а поскольку присоединении треугольником линейный ток больше фазного враз, пусковой линейный ток при таком способе пуска будет меньше по сравнению спусковым током прямого пуска в 3 раза. Одновременно в 3 раза уменьшается пусковой и максимальный моменты, т. кони пропорциональны квадрату фазного напряжения. Значение критического скольжения не изменится, т. к. оно не зависит от напряжения.
Этот способ пуска возможен только при малых моментах сопротивления на валу.
Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется прямым подключением обмотки статора к сети с предварительно введенными в цепь ротора добавочными резисторами Д. По мере разгона двигателя резисторы Д выводятся из цепи ротора.
Это позволяет увеличить пусковой момент вплоть до максимального значения, равного критическому, и одновременно снизить пусковой ток. Способы регулирования частоты (скорости) вращения трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора.
Из уравнения частоты вращения МП статора вытекают два наиболее распространенных способа регулирования частоты вращения ротора двигателя изменением числа пар полюсов p; изменением частоты напряжения источника f
1
, питающего АД

Регулирование изменением числа пар полюсов осуществляется изменением схемы соединения фазных обмоток статора. Электродвигатель М подключается к трехфазной сети
ABC с помощью автомата А через коммутационное устройство SA. Обмотка каждой фазы состоит из нескольких частей (секций, которые соединяются между собой параллельно или последовательно с помощью устройства SA, образуя разное число пар полюсов двигателя.
Есть и второй способ переключения числа пар полюсов. Статор двигателя имеет две или три независимых обмотки с разным числом пар полюсов p
1
, p
2
, p
3
. С помощью коммутатора SA при работе двигателя к сети подключается только одна обмотка с конкретным числом пар полюсов, которой соответствует конкретная частота вращения МП статора.
Двигатели с регулированием частоты вращения изменением числа пар полюсов называются многоскоростными.
Для регулирования частоты вращения ротора АД изменением частоты напряжения статора необходимо иметь отдельный источник энергии с регулируемой частотой.
Схема включает транзисторный преобразователь частоты UZ, включенный между сетью с промышленной частотой и обмоток статора АД М. Преобразователь частоты UZ преобразует переменное трехфазное напряжение с частотой f = 50 Гц в трехфазное переменное напряжение с регулируемыми частотой f рег и напряжением U
рег
. Частота f рег может плавно изменяться от нуля до 90 Гц с помощью сигнала u Такой способ регулирования частоты АД позволяет получить при всех частотах постоянный критический момент М
к
, широкий диапазон и плавное регулирование частоты вращения, однако стоимость преобразователя частоты достаточно велика.
Существуют и другие способы регулирования частоты вращения, например, изменением напряжение на обмотке статора с помощью тиристорного регулятора напряжения, применяемый для плавного пуска АД

-52-
12. Способы регулирования частоты (скорости) вращения трехфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором (с контактными
кольцами).
Регулирование частоты вращения ротора АД с фазным ротором в большинстве случаев осуществляется путем введения в цепь обмотки ротора дополнительного сопротивления R
Д
С введением Д критическое скольжение двигателя равно
s
к
=
R
2
'
+
R
Д
'
√
x
к
2
+
R
1 Добавочное сопротивление вцепи обмотки ротора увеличивает критическое скольжение и не влияет назначение максимального момента
М
к
На рисунке естественная (1) и искусственные (2) и (3) механические характеристики для различных значений добавочного сопротивления.
К недостаткам данного способа регулирования частоты вращения ротора относятся значительные потери энергии в регулировочном добавочном сопротивлении малая жесткость механических характеристик, из-за чего небольшое изменение момента навалу вызывает значительное изменение частоты вращения дискретное регулирование частоты вращения. Устройство и принцип действия синхронного генератора и его применение в промышленности.
Его обмотки якоря I (риса) соединены звездой и подключены к источнику трехфазного переменного тока в обмотку возбуждения 2 подается от постороннего источника постоянный ток. Благодаря взаимодействию вращающегося магнитного поля 4, созданного трехфазной обмоткой якоря, и поля, созданного обмоткой возбуждения, возникает электромагнитный момент М (рис. б, приводящий ротор 3 во вращение. Однако в синхронном двигателе, в отличие от асинхронного, ротор будет разгоняться до частоты вращения n
1
, с которой вращается магнитное поле (до синхронной частоты вращения).
Объясняется это тем, что ток в обмотку ротора подается от постороннего источника, а не индуцируется в нем магнитным полем статора и, следовательно, не зависит от частоты вращения вала двигателя. Характерной особенностью синхронного двигателя является постоянная частота вращения его ротора независимо от нагрузки

-53-
14. Внешняя характеристика синхронного генератора.
Внешней характеристикой синхронного двигателя называется зависимость напряжения на выводах обмотки статора оттока нагрузки при постоянных коэффициенте мощности, скорости вращения ротора и тока возбуждения.
При индуктивном характере нагрузки ток якоря отстает от напряжения на угол 90 градусов.
При емкостном характере нагрузки ток якоря опережает напряжение на 90 градусов.
Ток якоря совпадает по фазе с напряжением в случае активно-емкостной нагрузки. Регулировочные характеристики синхронного генератора.
Регулировочная характеристика представляет собой зависимость тока возбуждения генератора оттока нагрузки при постоянных напряжении, скорости вращения ротора и коэффициенте мощности. Регулировочные характеристики показывают, как нужно изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки, чтобы напряжение на выводах генератора оставалось постоянным. Также как и внешние характеристики, регулировочные характеристики линейны при небольших токах статора. Регулировочные характеристики при чисто активной, индуктивной и емкостной нагрузках показаны на рисунке. Устройство и принцип действия синхронного двигателя.
Синхронный двигатель не имеет принципиальных конструктивных отличий от синхронного генератора. Также как ив генераторе, на статоре синхронного двигателя помещается трехфазная обмотка, при включении которой в сеть трехфазного переменного тока будет создано вращающееся магнитное поле, число оборотов в минуту которого n=
60f
p
, где f – частота, p – число пар полюсов. На рисунке представлена схема замещения и векторная диаграмма фазы обмотки статора синхронного двигателя.
На роторе двигателя помещена обмотка возбуждения, включаемая в сеть источника постоянного тока. Ток возбуждения создает магнитный поток полюсов. Вращающееся магнитное поле, полученное токами обмотки статора, увлекает за собой полюса ротора. При этом ротор может вращаться только с синхронной скоростью, те. со скоростью, равной скорости вращения поля статора. Таким образом, скорость Схема замещения и векторная диаграмма фазы обмотки статора синхронного двигателя

-54- синхронного двигателя строго постоянна, если неизменна частота тока питающей сети.
Основным достоинством синхронных двигателей является возможность их работы с потреблением опережающего тока, те. двигатель может представлять собой емкостную нагрузку для сети. Такой двигатель повышает cos
ϕ всего предприятия, компенсируя реактивную мощность других приемников энергии.
Так же как ив генераторах, в синхронных двигателях изменение реактивной мощности, те. изменение cos
ϕ
, достигается регулированием тока возбуждения. При некотором токе возбуждения, соответствующем нормальному возбуждению, со. Уменьшение тока возбуждения вызывает появление отстающего (индуктивного) тока в статоре, а при увеличении тока возбуждения (перевозбужденный двигатель) — опережающего (емкостного) тока в статоре.
Достоинством синхронных двигателей является также меньшая, чему асинхронных, чувствительность к изменению напряжения питающей сети. У синхронных двигателей вращающий момент пропорционален напряжению сети впервой степени, тогда как у асинхронных квадрату напряжения.
Вращающий момент синхронного двигателя создается в результате взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем полюсов. От напряжения питающей сети зависит только магнитный поток поля статора. Способы пуска синхронного двигателя.
Перед пуском синхронного двигателя необходимо увеличить число оборотов ротора до синхронной скорости. Часто используют так называемый асинхронный пуск. В полюсных наконечниках ротора синхронного двигателя укладывается пусковая обмотка, выполненная в виде беличьего колеса, наподобие короткозамкнутой обмотки ротора асинхронной машины. Обмотка статора двигателя включается в трехфазную сеть, и пуск его производится также, как и пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
После того как двигатель разовьет скорость, близкую к синхронной (примерно 95%), обмотка возбуждения включается в сеть постоянного тока и двигатель входит в синхронизм, те. скорость ротора увеличивается до синхронной.
При пуске вход двигателя обмотка возбуждения замыкается на сопротивление, примерно враз большее сопротивления самой обмотки. Нельзя обмотку возбуждения припуске вход оставить разомкнутой или замкнуть накоротко. Если припуске вход обмотка возбуждения окажется разомкнутой, тов ней будет индуктироваться очень большая ЭДС, опасная как для изоляции обмотки, таки для обслуживающего персонала. Создание ЭДС большой величины объясняется тем, что припуске вход поле статора вращается с большой скоростью относительно неподвижного ротора и с большой скоростью пересекает проводники обмотки возбуждения, имеющей большое число витков.
Если обмотку возбуждения замкнуть накоротко припуске вход, то двигатель припуске под нагрузкой может развить скорость, близкую к половине синхронной, и войти в синхронизм не сможет.
Работа синхронной машины с потреблением из сети опережающего тока дает возможность использовать ее в качестве компенсатора. Как выше было отмечено, синхронный двигатель для сети может являться конденсатором и повышать со всей энергоустановки, компенсируя реактивную мощность других приемников энергии. Угловая и механическая характеристики синхронного двигателя.
Зависимость между электромагнитным моментом синхронного двигателя M и углом рассогласования θ, те. M = f(θ), называется угловой характеристикой синхронного двигателя.

Электрическая активная мощность P1, потребляемая трехфазным синхронным двигателем из сети, равна утроенной фазной мощности статора P
1
=3U
c
Icosφ. Если пренебречь потерями, которые относительно малы, то эта потребляемая активная мощность равна электромагнитной мощности Р
эм
, передаваемой от статора в ротор P
1
≈ P
эм
=3E
0
Icosψ где ψ - угол сдвига фаз между током I и ЭДС Е. Из рассмотрения на векторной диаграмме (рис. Ошибка источник перёкрестной ссылки не найден) треугольников Оса и acb следует, отрезок ас
= m u
U
c sinΘ = m u
Ix син cosψ. Выразим отсюда значение Icosψ и подставим его в уравнение для P
эм
. Получаем для механической мощности навалу двигателя
P
мех
≈P
эм
=(3E
0
U
c sinΘ)/(X
син
)=P
m Механический момент навалу двигателя связан с мощностью известным соотношением мех sinΘ)/(ωX
син
)=M
m где ω=2πn
0
/60 - синхронная угловая скорость вращения ротора М sinΘ)/(ωX
син
) - максимальный момент, развиваемый двигателем. При постоянных значениях напряжения U
c
, угловой скорости ω и синхронного сопротивления Х
син максимальный момент двигателя М зависит только от ЭДС Е, те. оттока возбуждения ротора в. А если ток возбуждения тоже оказывается постоянным, то электромагнитный момент двигателя оказывается зависимым только от угла Θ. Эта зависимость является синусоидальной и называется угловой характеристикой синхронного двигателя (рис. Угловая характеристика позволяет проанализировать процессы в двигателе при изменении нагрузки навалу ротора. Механической характеристикой синхронного двигателя называется зависимость частоты вращения от момента двигателя. В синхронном двигателе частота вращения ротора постоянна и от нагрузки не зависит. Поэтому механическая характеристика