Содержание 1 Вопрос 1 Конструкция сердечников трансформатора. 2

• Название: Содержание 1 Вопрос 1 Конструкция сердечников трансформатора. 2
• Анкор: Otvety_na_bilety_k_ekzamenam_obschy.docx
• Дата: 28.01.2017
• Размер: 3.04 Mb.
• Имя файла: Otvety_na_bilety_k_ekzamenam_obschy.docx
• Тип: Документы; #771
• страница: 20 из 31

34 Вращающееся магнитное поле

Принцип получения вращающегося магнитного поля. В основе работы асинхронных двигателей лежит вращающееся магнитное поле, создаваемое МДС обмоток статора.

Принцип получения вращающегося магнитного поля с помощью неподвижной системы проводников заключается в том, что если по системе неподвижных проводников, распределенных в пространстве по окружности, протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве создается вращающееся поле. Если система проводников симметрична, а угол сдвига фаз между токами соседних проводников одинаков, то амплитуда индукции вращающегося магнитного поля и скорость постоянны. Если окружность с проводниками развернуть на плоскость, то с помощью подобной системы можно получить «бегущее» поле.

Вращающееся поле переменного тока трехфазной цепи. Рассмотрим получение вращающегося поля на примере трехфазного асинхронного двигателя с тремя обмотками, сдвинутыми по окружности на 120° (рис.3.5) и соединенными звездой. Пусть обмотки статора питаются симметричным трехфазным напряжением со сдвигом фаз напряжений и токов на 120°.

Если для обмотки АХ принять начальную фазу тока равной нулю, тогда мгновенные значения токов имеют вид





Графики токов представлены на рис. 3.6. Примем, что в каждой обмотке всего два провода, занимающие два диаметрально расположенные паза.



Рис. 3.5                                                      Рис. 3.6

Как видно из рис. 3.6, в момент времени to ток в фазе А положительный, а в фазах В и С – отрицательный.

Если ток положительный, то направление тока примем от начала к концу обмотки, что соответствует обозначению знаком «х» в начале обмотки и знаком «·» (точка) в конце обмотки. Пользуясь правилом правоходового винта, легко найти картину распределения магнитного поля для момента времени to(рис. 3.7, а). Ось результирующего магнитного поля с индукцией Втрез расположена горизонтально.



Можно доказать, что результирующая магнитная индукция представляет собой вращающееся поле с амплитудой



где Вт–максимальная индукция одной фазы; Вmрез – максимальная индукция трех фаз;  – угол между горизонтальной осью и прямой, соединяющей центр с произвольной точкой между статором и ротором.

35. Принцип действия асинхронной машины.

В электромеханическом преобразовании энергии в АД участвуют трехфазная обмотка 1, расположенная на неподвижном статоре 2 и создающая круговое вращающееся магнитное поле, и обмотка 3 вращающегося ротора 4, вал 5 которого соединен с исполнительным механизмом. Между статором и ротором предусматривается воздушный зазор 6.



Рис. 1 —  Принцип действия асинхронного двигателя

При вращении магнитного поля со скоростью:



линии магнитной индукции:



пересекают проводники обмотки ротора и в них индуктируется ЭДС Е₂ и протекает ток . Направление ЭДС определяется по правилу «правой руки», а ее величина равна:



где L – активная длина проводника обмотки ротора;

ν₁ - линейная скорость движения магнитного поля статора:



D – диаметр расточки статора.

Направление тока I₂ совпадает с направлением ЭДС Е_2пр. В результате взаимодействия проводников с током и магнитного поля на каждый проводник действует электромагнитная сила:



направление, которой определяется по правилу «левой руки».

Совокупность этих сил создает на роторе результирующую силу F_рез и электромагнитный момент М_эм, приводящий ротор во вращение со скоростью n₂  в ту же сторону, что и вращение поля статора. Вращение ротора через вал передается исполнительному механизму. Таким образом, электрическая энергия, поступающая в обмотку статора из сети, преобразуется в механическую энергию. С началом движения ротора ЭДС в проводниках ротора определяются разностью скоростей ν₁ и ν₂



где ν₂ 



  Это линейная  скорость движения проводника ротора.

Чем выше скорость вращения ротора n₂, тем меньшая ЭДС в нем индуктируется, тем меньше ток Ι₂, тем меньше сила  f_пр и F_рез. При достижении ротором скорости вращения  n₂ = n₁, E₂ = 0, действие электромагнитных сил прекращается и вращение ротора замедляется под действием сил трения (на холостом ходу) или под действием момента сопротивления исполнительного механизма (при работе под нагрузкой). Но когда n₂ станет меньше n₁, опять начнет действовать электромагнитная сила.

Следовательно, в рассматриваемой системе возможно только асинхронное (несинхронное) вращение ротора относительно вращающегося магнитного поля статора.

Электромагнитный момент М_эм уравновешивается моментом сопротивления М_с исполнительного механизма. Чем больше М_с, тем больше должен быть вращающий момент М_эм, который может возрасти в первую очередь за счет тока в проводниках ротора. Ток при постоянстве сопротивления проводника пропорционален ЭДС, которая зависит от скорости пересечения проводников ротора вращающимся магнитным полем.

Следовательно, чем больше момент сопротивления, тем меньше скорость вращения ротора и наоборот.

Отношение:



При неподвижном роторе (n₂ = 0) скольжение равно 1,0. Это для АД режим короткого замыкания. При холостом ходе, когда скорость ротора максимально приближается к синхронной (n₂ = n₁) скольжение минимально и очень близко к нулю. Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке АД, называется номинальным скольжением S_н и составляет единицы процента, в зависимости от типа и назначения двигателя.

С учетом отношения, скорость вращения ротора может быть выражена через n₁  и скольжение s:



В рабочем режиме АД вращающееся магнитное поле статора пересекает обмотку ротора со скоростью:



Частота ЭДС и токов, наводимых этим полем в обмотке ротора, равна:



Таким образом, частота ЭДС и токов в роторе зависит от сколь- жения. Так, при S=1 (при пуске) f₂ = f₁, при номинальном режиме нагрузки S_н = (0,02…0,04), f₂= 1…2Гц.

Протекающие в обмотке ротора токи создают МДС и магнитное поле ротора, которые вращаются относительно ротора со скоростью:



С учетом:



cкорость вращения этого поля относительно неподвижного статора составляет:



т.е. магнитное поле ротора вращается в расточке статора с той же скоростью и в ту же сторону, что и поле статора. Стало быть, они неподвижны друг относительно друга, образуют единое магнитное поле, созданное совместным действием МДС статора и ротора.

Таким образом, вектор:



на рис.1 необходимо рассматривать как вектор результирующего магнитного поля.

Условие неподвижности друг относительно друга магнитных полей статора и ротора означает, что число пар полюсов обмоток статора и ротора должно быть обязательно одинаково, p₁ = p₂ = p. В короткозамкнутом роторе это действие выполняется автоматически, в двигателе с фазным ротором оно должно быть обеспечено при проектировании. В то же время соотношение между числом фаз обмоток статора и ротора может быть произвольным.

Асинхронная машина обратима, т.е. может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Если ротор с помощью постороннего двигателя разогнать до скорости вращения n₂ >n₁, то изменится направление ЭДС и тока в проводниках ротора, изменит свое направление и электромагнитный момент, который станет тормозящим. Асинхронная машина механическую энергию, получаемую от приводного двигателя, преобразует в электрическую и отдает в сеть, т.е. переходит в генераторный режим.

В процессе эксплуатации асинхронного двигателя возможен режим работы при S >1,0, когда ротор вращается в сторону, противоположную направлению вращения поля статора. В этом режиме, называемом режимом электромагнитного торможения (или режимом противовключения ), ЭДС и ток в роторе направлены также как в двигательном режиме, однако электромагнитный момент направлен против движения ротора, т.е. является тормозящим. В машине происходит преобразование как электрической энергии, поступающей из сети, так и механической энергии, передаваемой с вала.