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: 31 из 31

56.0. Двухклеточные и глубокопазные АД

56.1. Глубокопазные двигатели

Устройство и принцип работы.

В § 25-2 было выяснено, что для достижения хорошего к. п. д. асинхронные двигатели должны иметь малое скольжение (sH « л; 0,02 -f- 0,05), в соответствии с чем активное сопротивление обмоток ротора R2 у них должно быть достаточно мало. Однако, как было установлено там же, пусковой момент двигателя с таким сопротивлением обмотки ротора будет значительно меньше номинального. Это исключает возможность пуска таких двигателей с короткозамкнутым ротором под нагрузкой, а искажение кривой момента под воздействием высших гармоник поля может вызвать затруднения даже при пуске с небольшой нагрузкой. Для получения достаточного пускового момента необходимо увеличить г2. Таким образом, возникает задача создания таких асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, у которых активное сопротивление обмотки ротора при пуске достаточно велико и уменьшается при-переходе к нормальному режиму работы. Эту задачу решают путем использования эффекта вытеснения тока в обмотке ротора, применяя обмотку специальной конструкции.

Одной из разновидностей таких двигателей являются двигатели с глубокими пазами на роторе и высокими (30—60 мм) стержнями беличьей клетки. Вытеснение тока в стержнях клетки происходит в результате действия э. д. с, индуктируемых пазовыми потоками рассеяния Фа. Можно представить себе, что стержень состоит из множества волокон, включенных параллельно. Нижние волокна охватываются большим, а верхние волокна — малым количеством линий потока Фо. При пуске, когда частота в роторе велика: в нижних волокнах стержня индуктируется большая э. д. с. самоиндукции, чем в верхних, и плотность тока распределяется по высоте проводника весьма неравномерно. Можно также сказать, что такое неравномерное распределение тока обусловлено тем, что нижние волокна стержня имеют большее индуктивное сопротивление, чем верхние. Таким образом, ток в стержне вытесняется по направлению к воздушному зазору. Под влиянием вытеснения тока, или поверхностного эффекта, активное сопротивление стержня при пуске двигателя становится большим.

По мере разбега двигателя при его пуске частота тока в роторе уменьшается и по достижении номинальной скорости вращения становится весьма малой равномерно по сечению стержня. Активное сопротивление стержня при этом становится малым, и двигатель работает с хорошим к. п. д.

56.2. Двухклеточные двигатели

Устройство и принцип работы.

Двухклеточные двигатели имеют на роторе две короткОзамкнутые беличьи клетки, одна из которых представляет собой так называемую пусковую обмотку, а вторая — рабочую. Рабочая обмотка выполняется из медных стержней и размещается в нижних частях пазов, а пусковая обмотка изготовляется из латунных или бронзовых стержней и располагается в верхних частях пазов, ближе к воздушному зазору (рис. 27-5, а слева). Сечение стержней пусковой обмотки может быть несколько меньше, чем у рабочей обмотки. Однако сечение и теплоемкость стержней пусковой обмотки должны быть достаточно велики, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев этой обмотки при пуске. Иногда рабочую и пусковую обмотки размещают в отдельных пазах.

Вращающееся магнитное поле двигателя индуктирует в обеих обмотках ротора одинаковые э. д. с.

При пуске вследствие большой частоты тока ротора индуктивное сопротивление рабочей обмотки относительно велико и значительно больше полного сопротивления пусковой обмотки. Поэтому при пуске нагружена током в основном только пусковая обмотка, и ввиду большой величины ее активного сопротивления двигатель развивает большой пусковой момент. При разбеге двигателя частота тока ротора уменьшается, и при нормальной скорости вращения (s = 0,02 -ь 0,05) индуктивные сопротивления рассеяния обмоток ротора будут в 20—50 раз меньше, чем при пуске. Поэтому в рабочем режиме активные сопротивления обмоток ротора значительно больше индуктивных и полные сопротивления обмотки определяются величинами активных сопротивлений. Вследствие этого при работе двигателя полное сопротивление рабочей обмотки значительно меньше, чем полное сопротивление пусковой, и током нагружена главнйм образом рабочая обмотка. Ввиду малости активного сопротивления этой обмотки двигатель имеет хороший к. п. д.

Таким образом, в двухклеточном двигателе при пуске происходит вытеснение тока ротора по направлению к воздушному зазору, как и в глубокопазном двигателе.

57. Рабочие характеристики.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М₂, тока статора I₁ коэффициента полезного действия ɳ и cosφ₁, от полезной мощности Р₂ = Р_mx при номинальных значениях напряжения U₁ и частоты f₁ (рис. 264). Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р₂ изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М₂ пропорционален мощности Р₂, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента М_тр, создаваемого силами трения.

Ток статора I₁, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р₂ = 0 имеется некоторый ток холостого хода I₀. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cosφ₁ асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

58. Динамическое торможение асинхронного двигателя.

Торможение асинхронного двигателя

При использовании асинхронного двигателя, в качестве составной части какого-либо электропривода, часто возникает потребность в искусственной остановке двигателя. В настоящее время существует множество различных способов торможения асинхронного двигателя, вот один из них.

Динамическое (электродинамическое) торможение



Если отключить двигатель от сети переменного тока и подключить его к источнику постоянного тока, то произойдет динамическое торможение. Обмотка статора, при протекании постоянного тока, создаст неподвижное магнитное поле. При вращении в таком поле, в роторе будет наводиться ЭДС, под действием которой будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с неподвижным полем статора и создавать тормозной момент, который будет направлен против направления вращения ротора. В итоге двигатель будет постепенно останавливаться, причем скорость его остановки будет зависеть от силы постоянного тока, протекающего по статору, ну и конечно же от запасенной кинетической энергии электропривода. Эта энергия, преобразовываясь в электрическую, рассеивается в виде тепла на роторе.

В двигателе с фазным ротором, величину тормозного момента, а следовательно, скорость торможения, можно изменять, изменяя величину добавочных сопротивлений в цепи ротора.

59. Торможение асинхронного двигателя методом противовключения.

Торможение противовключением



Торможение противовключением применяется для быстрой остановки двигателя. Оно может быть осуществлено несколькими способами. В первом способе, в работающем двигателе, меняют две фазы местами, с помощью выключения контактора K1 и включения K2. При этом направление вращения магнитного поля статора меняется на противоположное. Возникает большой тормозной момент, и двигатель быстро останавливается. Но для того чтобы ограничить большие токи в момент увеличения тормозного момента, необходимо вводить в обмотку статора или ротора дополнительное сопротивление.

Во втором способе двигатель используют как тормоз для груза. То есть, если груз спускается вниз, то двигатель должен работать, наоборот, на подъем. Для этого в цепь ротора двигателя вводится большое добавочное сопротивление. Но его пусковой момент оказывается меньше чем момент нагрузки, и двигатель работает при некоторой небольшой скорости, тем самым обеспечивая плавный спуск.

По сути, торможение противовключением осуществляется по схеме реверса двигателя.

60.Магнитное поле и МДС катушек и катушечных групп обмоток статора

Магнитное поле, ось которого вращается в пространстве с постоянной угловой частотой, называется вращающимся магнитным полем. Если при этом величина индукции в любой точке оси магнитного поля остается постоянной, то такое поле называется круговым вращающимся магнитным полем. Это связано с тем, что его можно изобразить вращающимся в пространстве вектором постоянной длины, конец которого при вращении описывает окружность.

Формирование кругового вращающегося магнитного поля является необходимым условием работы асинхронных и синхронных машин. Для этого в пазы пакета статора (рис. 1) укладывают три одинаковые обмотки (катушки), состоящие из двух частей, располагающихся диаметрально противоположно в пакете статора. Причем оси трех обмоток статора смещены по отношению друг к другу на 120° .
МДС обмотки электрической машины необходимо знать для построения пространственного распределения и расчета магнитного поля. Пользоваться кривой МДС бывает удобнее, чем определять картину поля, так как последняя зависит от магнитной проводимости воздушного зазора, которую зачастую трудно найти из-за сложной конфигурации поверхностей, ограничивающих его. Кроме того, проводимость воздушного зазора изменяется при вращении ротора, а при насыщении магнитопровода на пространственное распределение поля [см. графики В(х)]влияет магнитная проводимость стальных участков магнитной цепи.

МДС катушки. По катушке (см. рис. 8.1, а) протекает синусоидальный ток i=I_msinωt. Ее МДС равномерно распределена в пространстве в пределах полюсного деления и пульсирует во времени. Для любой силовой линии магнитного поля (трубки проводимости) можно записать закон полного тока:

Если замкнутую силовую линию поля разделить по длине l на п участков, в пределах каждого из которых напряженность Н_nмагнитного поля будет одинаковой, т.е. не будет зависеть от длины участка l_n, то интеграл можно заменить суммой:



Произведение Н_n1_n = F_nназывается падением магнитного потенциала на n-ом участке, или его магнитным напряжением.

В магнитной цепи электрической машины есть два типа участков с существенно разными магнитными проницаемостями: воздушные и стальные. Магнитная проницаемость электротехнической стали на несколько порядков выше, чем магнитная проницаемость воздуха μ₀.

Обозначим магнитные напряжения воздушных и стальных участков магнитной цепи машины соответственно F_δ и F_СТ. Тогда, согласно закону полного тока, их сумма будет равна МДС катушки F_к:

.

Силовая линия магнитного поля включает в себя два расчетных воздушных зазора [см. (7.1)], поэтому

,

где H_δ — напряженность магнитного поля в воздушном зазоре. Известно, что B_δ = μ₀ H_δ , а постоянная μ₀ = 4π · 10⁷ Гн/м.

Отсюда

Индукция магнитного поля в любой точке воздушного зазора связана с МДС катушки в этой точке следующим соотношением:

Так как часто F_δ>> F_ст, падением магнитного потенциала на стальных участках магнитной цепи электрической машины можно пренебречь, тогда



Расчет магнитной цепи и МДС электрической машины обычно проводят для максимального значения F_к, т. е. когда i = I_ти ордината прямоугольника на рис. 8.1, а равна F_к /2 = Iтw_к /2. Ряд Фурье такой функции F(х) содержит пространственные гармоники только нечетных порядков, т.е. v= 1, 3, 5, 7, .... Амплитуда 1-й гармоники МДС катушки в этом случае

(9.28)

Из разложения прямоугольной функции в ряд Фурье известно, что амплитуда любой высшей гармоники (9.29)

Амплитуда 1-й гармоники МДС катушечной группы. Основные гармоники МДС катушек в катушечной группе сдвинуты в пространстве на зубцовое деление (см. рис. 8.3, б). Сумма синусоид q катушек, смещенных по оси х, также будет пространственной синусоидой, но ее амплитуда F_qm будет меньше арифметической суммы амплитуд МДС q катушек, т.е. F_qm < qF_1m. Очевидно, что отношение этих амплитуд равно коэффициенту распределения 1-й гармоники [см. (9.13)]: геометрическая сумма МДС катушек

^{арифметическая сумма МДС катушек}

Таким образом, с учетом (9.28), для катушечной группы можно записать



Выразив амплитуду тока через его действующее значение I_т = I, получим

(9.30)

Формула (9.30) справедлива для обмотки с диаметральным шагом (у = τ) и без скоса пазов. При укороченном шаге (у < τ) и наличии скоса амплитуда 1-й гармоники МДС катушечной группы

(9.31)

Амплитуда 1-й гармоники МДС фазы. Каждая фаза обмотки имеет в пределах полюсного деления т одну катушечную группу. Следовательно, МДС фазы обмотки равна МДС катушечной группы. Введем в формулу (9.31) число витков фазы.

Из (8.1) получим выражение , подставив которое в (9.31), получим формулу для амплитуды 1-й гармоники МДС фазы

(9.32)

Формула (9.32) справедлива как для однослойных, так и для двухслойных обмоток