'k машины. П редположим, что машина работает в режиме генератора, тогда в обмотке

• Название: П редположим, что машина работает в режиме генератора, тогда в обмотке
• Дата: 12.04.2023
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: 'k машины.docx
• Тип: Документы; #1056607

1воп. Электромеханическое преобразование энергии в машине связано с ЭДС, которые индуктируются в обмотках вследствие изменения их взаимного расположения в пространстве.

П редположим, что машина работает в режиме генератора, тогда в обмотке ω₂протекает постоянный токi₂, который создает постоянный магнитный поток f. Потокосцепление этого потока с обмоткой ротора ω₁зависит от угла γ. При γ=0 потокосцепление имеет максимальное положительное значение

2воп. В основе принципа действия электрических машин лежит закон электромагнитной индукции. Согласно этому закону, в проводнике, перемещающемся относительно магнитного поля в плоскости, перпендикулярной к направлению магнитных силовых линий, индуктируется электродвижущая сила — э. д. с. (рис. 1), величину которой определяют из формулы: e=vlB

3воп. Машины постоянного тока – обратимые. Они могут работать и как генератор и как двигатель. Конструктивно генераторы и двигатели постоянного тока устроены одинаково. 1-коллектор, 2 - щеточный аппарат, 3 – якорь, 4 – главные полюса, 5 – катушка обмотки возбуждения, 6 – станина, 7 и 12 подшипниковые щиты, 8 - вентилятор, 9 – лобовые части обмотки статора, 10 - вал, 11-лапы. Машины постоянного тока состоит из двух основных частей: статора – неподвижной части и подвижной части – ротора. В машинах постоянного тока ротор называется якорем.

4воп. Цепи якоря и возбуждения у двигателя с параллельным возбужде­нием соединены между собой параллельно. Следовательно, ток воз­буждения такого двигателя не зависит от тока якоря и от нагрузки двигателя. Пусковой реостат необ­ходим для того, чтобы ограничить ток в якоре при пуске, пока ЭДС якоря равна нулю или мала, так как согласно I_я = (U - E_я)/(r_я + r_п). Электродвижущая сила Е_япропорциональна потоку Ф; желательно, чтобы при пуске двигателя ЭДС Е_явозрастала возможно быстрее.

5воп. Уравнение электромеханической характеристики будет иметь такой же вид, что и у двигателя независимого возбуждения: Здесь R_Д - суммарное сопротивление цепи двигателя, состоящее из сопротивления якоря и обмотки возбуждения. Поскольку ток якоря и ток возбуждения один и тот же, то при изменении нагрузки изменяется и магнитный поток возбуждения, следовательно, магнитный поток Ф является функцией тока якоря.

6 воп. Двигатели со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения: параллельную ОПВ и последовательную ОПСВ. Эти обмотки могут включаться согласно, и тогда их м. д. с. складываются, и встречно, и тогда их м. д. с. вычитаются. Свойства двигателей со смешанным возбуждением зависят от соотношения м. д. с., создаваемых обеими обмотками. Когда преобладает м. д. с. обмотки параллельного возбуждения, двигатель по своим свойствам приближается к двигателям с параллельным возбуждением. При преобладании м. д. с. обмотки последовательного возбуждения двигатель по своим свойствам приближается к двигателям с последовательным возбуждением. Механическая характеристика двигателей со смешанным возбуждением «мягче», чем у двигателей с параллельным возбуждением, и «жестче», чем у двигателей с последовательным возбуждением.

7воп. Рисунок 2.2 — Условное изображение машины постоянного тока независимого возбуждения

При вращении якоря его обмотка пересекает Ф_ост и в ней индуцируется небольшая по величине остаточная ЭДС Е_ост. Под действием этой ЭДС по обмотке возбуждения потечет ток возбуждения, который создаст небольшой магнитный поток. Если обмотка возбуждения включена правильно, то этот магнитный поток совпадет с остаточным магнитным потоком.

8воп. Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уло­женных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору. Элементом обмотки якоря является секция (ка­тушка), присоединенная к двум коллекторным пла­стинам. Расстояние между пазовыми частями секции должно быть равно или мало отличаться от полюс­ного деления Здесь  — диаметр сердечника якоря, мм. В простой петлевой об­мотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. При укладке секций на сердечнике яко­ря начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей, постепенно перемещаясь при этом по поверхности якоря (и коллектора) так, что за один обход якоря укладывают все секции обмотки. В результате конец последней секции оказывает­ся присоединенным к началу первой секции, т. е. обмотка якоря замыкается.

9 воп. Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций, находящихся под разными парами полюсов (рис. 25.7). Концы секций простой волновой обмотки присоединены к коллекторным пластинам, уда­ленным друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору у_к =у. За один обход по якорю укладывают столько секций, сколь­ко пар полюсов имеет машина, при этом конец последней по об­ходу секции присоединяют к пластине, расположенной радом с исходной.  Несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенных на одном якоре, образуют сложную волновую обмотку. Число параллельных ветвей в сложной волновой обмотке 2 =2 (обычно 2 = 4), где м — чис­ло простых обмоток в сложной (обычно м = 2). Простые обмотки, входящие в сложную, соединяют параллельно посредством щеток. Шаг по коллектору, а следовательно, и результирующий шаг по якорю

1 0воп. При прохождении по пазовым проводникам обмотки якоря тока  на каждом из проводников по­является электромагнитная сила Совокупность всех электромагнитных сил  на якоре, дейст­вующих на плечо, равное радиусу сердечника якоря  , создает на якоре электромагнитный момент М.

Исходя из прямоугольного закона рас­пределения магнитной индукции в зазоре (см. рис. 25.14, а, график 2), следует счи­тать, что сила  одновременно действует на число пазовых проводников  .Следовательно, электромагнитный момент машины постоянного тока (Н∙м)

Учитывая, что  , а также что ток параллельной ветви  , получим Используя выражение основного маг­нитного потока , а также имея в ви­ду, что  , получим выражение электромагнитного момента (Н·м):

где  — ток якоря, А;

— величина, постоянная для данной машины.

11воп. При нагрузке машины обмотка якоря создает собственное магнитное поле. Поля якоря и индуктора, действующие совместно, образуют результирующее поле. Действие поля якоря на поле индуктора называется реакцией якоря. Реакция якоря в машине постоянного тока определяется положением щеток относительно линии геометрической нейтрали.Линия геометрической нейтрали–это линия, проходящая через ось вращения якоря в радиальном направлении посередине между двумя соседними главными полюсами.

12воп. Коммутация в машинах постоянного тока обычно представляет собой процесс реверсирования тока, во время которого некоторые катушки в машине подвергаются короткому замыканию щетками, и ток в таких катушках равен нулю. когда катушки вращаются дальше, катушки удаляются от щеток, и катушки переносят ток. этот процесс изменения тока от нуля до некоторого значения и наоборот называется коммутацией.

13воп. Механические причины искрения: слабое прижатие щеток к коллектору; биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность; загрязнение поверхности коллектора; выступание миканитовой изоляции над медными пластинами; неплотное закрепление траверсы, пальцев или щеткодержателей; дребезг контактов; влияние индуктивных цепей при их коммутации. Выяснив причины искрения, вы можете выбрать действенный способ устранения неполадки. Например, если плохо соединяются контакты, это может быть признаком их засорения сажей. Необходимо удалить весь нагар, используя растворители. Обычно протирают контакты ваткой, пропитанной спиртом. В качестве растворителя подойдёт обычная водка или одеколон.

14воп. Реостат, включенный в цепь возбуждения дает возможность регулировать ток в обмотке возбуждения, а следовательно и основной магнитный поток машины. Свойства ГПТ анализируют с помощью характеристик, которые устанавливают зависимости следующих основных величин: 1)Напряжение на зажимах; 2)Ток возбуждения i_B; 3)Ток якоря I_A или ток нагрузки I; 4)Скорость вращения n. Обычно генераторы работают при n=const, поэтому характеристики определяются при постоянной частоте вращения.

15воп. Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением — электрическая машина постоянного тока для преобразования механической энергии в электрическую. У генератора с параллельным возбуждением обмотка присоединена к зажимам якоря параллельно цепи нагрузки. Ток якоря IЯ=I+IВ, где IВ=2...3%In. Для возбуждения необходимо, чтобы магнитный поток, создаваемый током возбуждения, совпадал по направлению с потоком остаточной индукции. Только в этом случае ток в обмотке возбуждения, созданный остаточной эдс Еост, намагничивает машину, магнитный поток генератора наростает и эдс увеличивается

16воп. обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Внешняя характеристика генератора изображена на рис.125 б. Ток в якоре и обмотке возбуждения, включенных последовательно, один и тот же, благодаря чему с ростом нагрузки растут как эдс, так и напряжение генератора. Однако напряжение будет увеличиваться до известного предела. При больших нагрузках как из-за насыщения магнитной системы машины, так и вследствие реакции якоря рост эдс почти прекращается, в то время как падение напряжения в якоре становится все больше и больше. Поэтому при дальнейшем увеличении нагрузочного тока напряжение снова уменьшается. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением показывает, что с изменением тока нагрузки напряжение машины резко изменяется. Поэтому генераторы этого типа на практике применяются редко.

17воп. Под параллельной работой генераторов понимается выработка электроэнергии двумя или более агрегатами на общую нагрузку. Условие для параллельной работы — это равенство частоты, напряжения, порядка чередования фаз и углов фазового сдвига на каждом генераторе. Общая нагрузка при параллельной работе генераторов будет распределяться пропорционально их номинальным мощностям только в том случае, если их внешние характеристики, построенные с учетом изменения скорости вращения первичных двигателей в зависимости от относительного значения тока I/Iн, будут одинаковы.

1 8воп.

19воп. Под устойчивостью работы двигателя понимается его способность вернуться к исходному, установившемуся режиму работы при малых возмущениях, когда действие этих возмущений прекратится. Иными словами, работа двигателя называется устойчивой, если бесконечно малые в пределе возмущения его работы вызывают лишь столь же малые изменения величин, характеризующих режим его работы, например скорости вращения, тока якоря и так далее. Двигатель неустойчив в работе, если подобные малые возмущения приводят к большим изменениям режима работы. При неустойчивой работе небольшие кратковременные возмущения вызывают либо непрерывное изменение режима (n, I_а и так далее) в каком-либо одном направлении, либо приводят к колебательному режиму с возрастанием амплитуд колебаний n, I_а и так далее. Естественно, что в условиях эксплуатации необходимо обеспечить устойчивый режим работы двигателя. При неустойчивости двигателя нормальная его работа невозможна, и обычно происходит авария.

• 
  20воп. Асинхронный двигатель - это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).
  Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой. Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.
  Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется "беличьей клеткой". В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название. Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.
  

21воп. Вращающееся магнитное поле. Обычно под вращающимся магнитным полем понимается магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью. Также вращающимися магнитными полями называют и магнитные поля вращающихся постоянных магнитов.
Существуют вращающиеся магнитные поля ось вращения которых не совпадает с их осью симметрии (например, магнитные поля звезд или планет).
Вращающееся магнитное поле создают, накладывая два или более разнонаправленных переменных, зависящих от времени по синусоидальному закону, магнитных поля одинаковой частоты, но сдвинутых друг относительно друга по фазе.
2 2воп.

23воп. Для совместного анализа процессов в статоре и роторе АД параметры обмотки ротора приводят к обмотке статора. При этом обмотку ротора с числом фаз т2, обмоточным коэффициентом коб2 и числом витков фазы w2 заменяют обмоткой с параметрами т1,коб1 и wx. При такой замене у приведенного ротора мощности и углы фазовых сдвигов векторов токов, напряжений и ЭДС должны остаться такими же, что и до приведения.

2 4воп.

25воп. Мощность асинхронных двигателей составляет от десятков мегаватт до долей ватт. Выпускаются в виде серий, охватывающих определенный набор мощностей, частот вращения и. напряжений. Машины одной серии имеют общее конструктивное решение, технологию изготовления и. однотипность материалов (4А от 0,06 до 400 кВт).

КПД современных асинхронных двигателей при номинальной нагрузке для машин мощностью свыше 100 кВт составляет 0,92 − 0,96, мощностью 1 − 100 кВт – 0,7 − 0,9, а микромашин – 0,4 − 0,6 (большие значения относятся к машинам большей мощности). Так же, как в трансформаторе, потери мощности асинхронного двигателя следует разделить на потери постоянные и переменные (или потери холостого хода и короткого замыкания).

Коэффициент полезного действия электродвигателя

η =1−	рΣ	=1−	рΣ			,
			Р +	р
	Р				Σ
	1		2

где p∑ – суммарные потери мощности; P1 – потребляемая асинхронным двигателем (его статорной обмоткой) активная электрическая мощность; P2 – полезная механическая мощность (снимаемая с вала двигателя).

26воп. Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем. Электромагнитный момент М пропорционален электромагнитной мощности: М = Р_эм /ω₁ Где ω₁ = 2 π n₁ /60 = 2π f₁ - угловая синхронная скорость вращения. Подставив М=Р_э2/ (ω₁ s) = m₁ I ^{′ 2}₂ r^′₂/(ω₁ s)т. е. электромагнитный момент асинхронного двигателя пропор­ционален мощности электрических потерь в обмотке ротора. Если значение тока ротора по выражению (12.25) подставить в (13.13), то получим формулу электромагнитного момента асин­хронной машины (Н м):

М =   

27воп. Рабочими характеристиками называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М, тока статора  , КПД и   от полезной мощности   при   и  .
Рабочие характеристики можно получить опытным либо расчетным путем. Ниже приводится алгоритм расчета рабочих характеристик по схеме замещения. Задается скольжение s в рабочем диапазоне  . Для каждого значения s внутри этого диапазона рассчитываются следующие величины.

28воп. Рабочими характеристиками называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М, тока статора , КПД и от полезной мощности при и .
Рабочие характеристики можно получить опытным либо расчетным путем. Ниже приводится алгоритм расчета рабочих характеристик по схеме замещения. Задается скольжение s в рабочем диапазоне . Для каждого значения s внутри этого диапазона рассчитываются следующие величины.