Для студентов МГТУ им. Н.Э.Баумана по предмету Электротехника (ЭлТех)Электрические машиныЭлектрические машины 2017-08-22СтудИзба

Книга: Электрические машины

Описание

Описание файла отсутствует

Характеристики книги

Учебное заведение
Семестр
Просмотров
227
Скачиваний
9
Размер
1,34 Mb

Список файлов

1

Распознанный текст из изображения:

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Н.З. БАУМАНА

Б.Б. Стрелков, Ю.Г. Шерстняков

ТРАНСФОРМАТОРЫ

И АСИНХРОННЫЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ

Рекомендовано редсоветом МГГУ им. НЗ. Баумана

в качестве учебного пособия

Москва

Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана

2005

10

Распознанный текст из изображения:

Рис. 2.6

21

20

кольцам, по которым скользят щетки. Щетки присоединены к пус-

ковым или регулировочным реостатам.

2.3. Магнитодвижущая сила однофазной обмотки

При прохождении тока по обмотке статора образуется МДС, параметры которой зависят от устройства обмотки и протекающих по ней токов. Рассмотрим вначале МДС одной сосредоточенной катушки. Предположим, что на статоре двухполюсной машины (р = 1) в диаметральных пазах размещена катушка с числом витков в и шагом т — межполюсное деление (рис, 2.6, а). Если по катушке пропустить ток т' = ~/21 янами, то он создаст магнитный поток, линии которого показаны на рис. 2.6, а. Каждая силовая линия этого поля сцеплена со всеми витками катушки, поэтому МДС 1(1) = гв,т.

Пренебрегая магнитным сопротивлением стали, можно считать, что МДС1(г) расходуется на преодоление сопротивления двух воздушных зазоров: цу =- 2оН, где 11 — напряженность магнитного поля в зазоре о. Отсюда индукция в зазоре В = роБ = рр(,т/2о — магнитная индукция В прямо пропорциональна МДС 1(1) и в дальнейшем при анализе можно рассматривать только МДС.

Распределение МДС катушки на двух полюсных делениях магнитной цепи АД показано на рис. 2.6, б, где изображена развертка статора, разрезанного по линии а — а', Как видно, МДС имеет вид двух прямоугольников: положительного и отрицательного. Высота каждого из прямоугольников соответствует МДС Е„значение кото-

каждого из прямоугольников соответствует МДС Г„, значение которой необходимо для проведения магнитного потока через один воздушный зазор б, т. е. Р, = 0,5та,1 = 0,5ж,1.

В соответствии с изменением т(Г), МДС Яг), оставаясь неподвижной в пространстве, будет изменять свое значение и направление согласно уравнению 1,(г) = Р, янсон. Таким образом, при протекании по катушке переменного тока создается пульсирующая МДС. Эта МДС создает в зазоре АД пульсирующее магнитное поле. МДС сосредоточенной обмотки можно разложить в гармонический ряд:

Яа,~) = (4/т~) Г, (сова — (1/3) созЗи+ (1/5)соз5и+ ...) япв~ =

= (2 Г2л)в,1(сова — (1/3) созЗа+ (1/5)соз5и ...) янтак,

где а — пространственный угол (см. рис. 2.6). Амплитуда пространственных гармоник МДС Р„= (2~Г2т~)тв,1 = 0,9ти,1, Е,з 1,/3, Е,: = = Е„1/5.

Полезный магнитный поток в АД создает первая (основная) гармоника МДС. Кривая МДС сосредоточенной обмотки имеет большое отклонение от синусоидальной формы, что ведет к ухудшению энергетических показателей машины. Для подавления высших пространственных гармоник МДС обмотку выполняют распределенной (укладывают в нескольких пазах) с укороченным шагом (у < т). Вследствие указанных мер МДС фазы обмотки становится практически синусоидальной:

Рф(и,г) = (0,9<юф,1,)сова япаг = 1фсова шпаг,

где гф — — 0,9вфт1т — амплитуда МДС; 1~ — обмоточный коэффициент, учитывающий распределение обмотки, укорочение шага; 1, — ток в обмотке фазы; в~ — число витков фазы, приходящиеся на один полюс.

Амплитуда МДС однофазной обмотки прямо пропорциональна переменному току в этой обмотке и пульсирует с частотой тока 1', принимая различные мгновенные значения от +арФ до -Рф на каждом полюсном делении.

Пульсирующая МДС однофазной обмотки в любой точке статора и в любой момент времени 1, (а,Г) = Г, соза янов. Эту пульсирующую МДС, используя тригонометрическое преобразование,

11

Распознанный текст из изображения:

можно представить двумя вращающимися МДС с одинаковой час-

тотой и в противоположные стороны:

Яа,Г) = 0,5ГФ яп(Ы вЂ” а) + 0,5ХФ з1п(вг+ а) = Я (а,г) + ~ф (а,1).

Каждая из этих МДС имеет амплитуду, равную половине

амплитуды пульсирующей МДС.

2.4. Магнитодвижущая сила трехфазиой обмотки

Трехфазная обмотка статора имеет на статоре три симметричные фазные обмотки, сдвинутые относительно друг друга в пространстве на 120 эл. град. (1 эл. град =р х 1геом. град,12 — число пар полюсов). При включении этой обмотки в симметричную трехфазную сеть с напряжением ь11 в обмотках фаз появятся токи, сдвинутые по фазе на 120 эл ~рад: 1Л = А1„Фном 1в=Х1.яп(го~-120'); ге= А1.р1п(о1Ы- 240 ) Ток каждой фазной обмотки создает пульсирующую МДС. При симметричной нагрузке фаз амплитуды МДС фаз будут равны. Итак,

Число пар полюсов р...

Синхронная частота ппоб 'мин ..

1 2 3 4 5 6

3000 1500 1000 750 600 500

ве относительно друг друга на 120 эл. град и подключены фазы обмотки к симметричной трехфазной сети.

Круговое магнитное поле может быть получено и посредством двух фазной обмотки. Для этого оси фаз обмотки должны быть смещены в пространстве друг относительно друга на 90 эл. град и эти обмотки питаются токами, сдвинутыми во времени по фазе друг относительно друга на 90 . Если же изложенные условия не соблюдаются, то вращающееся ноле становится эллиптическим.

Изменить направление вращения поля можно, изменив последовательность чередования фаз обмотки, т. е. поменяв местами провода, подводящие ток из трехфазной сети к двум любым фазам.

Значения синхронной частоты вращения поля для промышленной частоты переменного тока1'= 50 Гц в зависимости от числа пар полюсов приведены ниже:

~4 = гф сова япв~ = 0,5Рфз1п(оà — а) + 0,5гфяп(иг + а);

~в — — Г, соз(а — 120')з1п(аà — 120') =

= 0,5Гфяп(и~ — а) + 0,5Х'ф яп(вг+ а — 240');

~с —— Гусов(а — 240')з1п(М вЂ” 240') =

= 0,5гфяп(сог — а) + 0,5РФ яп(а1 + а — 120').

Совокупность действий этих МДС создает результирующую МДС:

Ла,~) = 1л + Хв+ Хс = 1 5 Рфз1п(гол — а) = ~ з1п(0~à — а)

Вращающееся магнитное поле статора может быть круговым и эллиптическим. Круговое поле характеризуется тем, что пространственный вектор магнитной индукции этого поля вращается равномерно и своим концом описывая окружность. Круговое поле создается многофазной обмоткой, если векторы магнитной индукции каждой фазы одинаковы. В трехфазной обмотке эти условия обеспечиваются тем, что фазные обмотки одинаковы, а их оси смещены в пространст-

2.5. Магнитные поля, ЭДС и индуктивности обмоток

Под действием подводимого к фазам обмотки статора напряжения У1 в них текут токи 11, создающие магнитный поток статора, вращающийся с частотой п1. Большая часть этого потока — поток ф1 сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и называется основным потоком обмотки статора. Меньшая часть потока статора — поток ф1„1 — сцепляется только с витками обмотки статора и называется потоком рассеяния статора.

Наведенные в фазах обмотки ротора ЭДС с частотой Л = к~, вызыва1от в их замкнутых ветвях токи 12 с такой же частотой. Эти токи создают свое магнитное поле, вращающееся относительно ротора с частотой п22 — — п1 — п2 — — б0/2/р = 60ь~1/р = п1в. Кроме того, сам ротор вращается с частотой п2. Таким образом, поле ротора вращается относительно поля статора с частотой п2 + п22. Учитывая, что п2 = и1(1-. ), По учае.: л22+ п2 = л1(1- 5) + п15 = и1, т. е. ноле ротора вращается в пространстве с такой же частотой и в ту же сторону, что и поле статора. Это является характерным условием передачи энергии от статора к ротору.

Одна часть магнитного поля ротора (поток ф2), которая сцепляется с обеими обмотками, называется основным потоком рото-

12

Распознанный текст из изображения:

111 чх111+ Я111+ ( — Е1)

Ф=Ф1+ Фг =Фо.

Π— Ег Ж 1г 1~г1г

(2)

5Ег РХгХг Аг1г О.

Ег =.~Хг1г ' Р'г/х)1г '

(4)

Рис. 2.7

ра, другая часть (поток ф~г) сцепляется только с витками обмотки ротора и называется потоком рассеяния ротора. Потоки Ф, и фг, складываясь, создают основной поток ф, который, как и в трансформаторе, при изменении нагрузки от нуля (в режиме ХХ) до номинальной практически остается неизменным, т. е. равным потоку ХХ фо.

Основной поток ф, вращаясь в пространстве, пересекает обмотки статора с частотой п1 и обмотку ротора с частотой пгг —— п1 — пг и наводит в них ЭДС. Действующее значение ЭДС определяется по той же формуле, что и для трансформатора: Е1 — — 4,44 1уф1Ф„,— ЭДС в обмотке фазы статора, Ег,. — — 4,441гифгФ,„= 4,44ху',ыфгФ,„= = хЕг — ЭДС в обмотке фазы ротора, Ег — ЭДС в оомотке неподвижного ротора (когда пг — — О, з = 1, а Л вЂ” — Я, 11, 1г — обмоточные коэффициенты, учитывающие распределение обмоток, укорочение шага. Таким образом, ЭДС ротора Ег, изменяется прямо пропорционально скольжению. Она максимальна при пуске и равна нулю при идеальном ХХ (когда пг — — пп т. е. з = О).

Потоки рассеяния наводят в фазах соответствующих обмоток ЭДС рассеяния, которые, как и в трансформаторе, могут быть выражены через 11 и 1г и индуктивные сопротивления: Е-1 — — — ~Х1Х1, Е~г —— = — юг,1г — — -РХг1г, где Х1 — — 2к~,Х,~,, Хг —— 2т~~ 11. ~г, Лг„„, 1-~~ — индУктивности от потоков рассеяния. С учетом всех определений на рис. 2.7 дана не приведенная схема замещения фазы обмотки статора и ротора без учета потерь в стали магнитопровода.

2.6. Замещение вращающегося ротора неподвижным ротором

На основании схемы замещения (рис. 2.7) составим уравнение

обмотки статора и ротора:

Здесь подчеркнутые У, 1, Š— комплексные значения. Перепишем

уравнение (2) с учетом, что Ег, — — юг, Хг~ — — юг:

Поделив обе части уравнения (3) на к, получим:

В уравнении (4) Ег и Хг не зависят от з, но при этом появилось сопротивление (Яг/я), которое изменяется в зависимости от скольжения. Уравнению (4) соответствует электрическая схема замещения обмотки ротора, показанная на рис. 2.8. Токи, полученные из уравнения (3) и (4), имеют одинаковые значения и одинаковые углы их сдвига по фазе относительно ЭДС: 1г = Ег/[Хг~ + (Лг/ю) ~ ~", Ч' = агсСд [Хг/(Яг/5)~. Поэтому и потоки, созданные этими токами, также будут одинаково ориентированы в пространстве. Отсюда следует, что замена вращающегося ротора эквивалентным неподвижным ротором не нарушает магнитное состояние двигателя.

Однако схемы замещения на рис. 2.7 и рис. 2.8 в энергетическом отношении не эквивалентны: активная мощность в роторе, согласно схеме рис. 2.7, равна электрическим потерям Р,г — — тфг1г, а мощг

ность, потребляемая ротором в схеме рис. 2.8, Р1г —— тг(Лг/х)1гг. Отношение этих мощностей Р,г /Р1г — — я.

Суть в том, что Р|г есть полная активная электрическая мощность, передаваемая из статора в ротор электромагнитным полем, и она носит название электромагнитной мощности: Р1г — — Р, . Часть этой мощности идет на покрытие электрических потерь в обмотке ротора (Р,г — — тфг1г ), а оставшаяся часть соответствует полной ме- г

13

Распознанный текст из изображения:

1212(Й2(1 ~)/~)~2 ~2Ймех~г

Рис. 2.9

Рис. 2.8

27

ханической мощности, которая получается в результате преобразо-

вания электрической энергии в механическую:

Рмех Р12 эг 2( 2/~) 2 2 2 2

2 2

Таким образом, мощность, выделяемая в сопротивлениях Й „, = = Йг(1 — к)/з всех фаз обмотки ротора, равна механической мощности вращающегося двигателя.

Величину .Йг/х можно предс~а~ит~ в виде Лг/~ = Йг + Йг(1 — я)/л = Яг 1 Ям,„и записать уравнение для напряжений фазы обмотки неподвижного ротора, нагруженной резистивным сопротивлением: Ег — — ~Х212 + Й212 + 1Л2(1 — з)/46 = Х21т ~ ЙмехХ2. ЗтомУ УРавнению соответствует схема на рис. 2.9.

Для построения векторной диаграммы и эквивалентной схемы замещения параметры обмотки ротора приводят к обмотке статора так же, как в трансформаторе. При этом обмотку ротора с числом фаз тг, обмоточным коэффициентом 12 и числом витков фазы ж~г необходимо заменить обмоткой с т1, 11, ы1 и сохранить баланс мощностей и электрических потерь реальной и приведенной обмоток.

При приведении величин и параметров цепи ротора используют три коэффициента приведения: 1; = Й1т1ы1/(12тгыг) — коэффициент приведения токов, Й, = 11ы1/фггс12) — коэффициент приведения ЭДС и Й = Й, Й, — коэффициент приведения сопротивлений.

Для приведенной обмотки ротора:

12 — 12/Иь Е2 Мг Л2 — ~Й2> Х2 ЙХ2~ Й2 (1 — 5)/ 5 = ЙЙ2(1 — 5)/х >

( 1 =Ж~1 Й1А ( Е1) Е2 Фг~г Й 2~ 2 1Й 2(1 4/~Ы2

Уравнения при неподвижном роторе совпадают с уравнениями трансформатора. Схема замещения для одной фазы двигателя (рис. 2.10, а) так же будет подобна схеме замещения трансформатора. В количественном отношении параметры схемы замещения обмотки двигателя существенно отличаются от параметров схемы замещения трансформатора тем, что ток ХХ и реактивные сопротивления фаз обмоток статора и ротора больше из-за наличия воздушного зазора, чем в трансформаторе.

% Х~ Х, Ы 11 СЯ, СХ~ С~Х СЯ:

Векторная диаграмма АД строится на основе схемы замещения. Она аналогична векторной диаграмме трансформатора и отличается большим намагничивающим током и тем, что нагрузка является чисто резистивной Й',х, соответствующей механической мощности

Рмех ~П1Й мех(~ 2 )

Для удобства изучения режимов работы АД Т-образную схему замещения двигателя представляют в виде Г-образной (с вынесенным намагничивающим контуром), как показано на рис. 2.10, 6. Уточнение параметров вторичного контура достигается введением коэффициента С1 — — Ц/Е1. Для двигателей мощностью 3 кВт и более С, = 1,05...1,02. Поэтому с целью облегчения анализа выражений и расчета принимаем С1 — — 1. Возникшие при этом погрешности не превысят 2 ... 5 %.

Используя Г-образную схему замещения, легко определить ток в цепи ротора:

~2= (/Л(Й1+ Йг + Йг(1 — ~)/~) + (Х1+Хг) ]

— 1/1/1(Й1+ Йг/*) + (Х1+Хг) ]

14

Распознанный текст из изображения:

М = Р,2/(5щ1).

м

Рис. 2,11

29

2.7. Энергетическая диаграмма и вращающий момент

асинхронного двигателя

Преобразование активной мощности в АД можно проиллюстрировать с помощью энергетической диаграммы (рис. 2.11): Р, = = т1У171сояр1 — потребляемая из сети активная мощность; Р,1 = т1 А111 — мощность потерь в обмотке статора; Р, — маги итные поте-

ри в стали статора от вихревых токов и перемагничивания сердечника с частотой Д Р,м — электромагнитная мощность, передаваемая электромагнитным путем через зазор. Вращающееся с угловой частотой щ1 — — 2ф;/р = 21тп1/бО магнитное поле взаимодействует с токами в проводниках ротора и развивает электромагнитную мощность Р„=

=,М=.,-(Р„+Рм,);Рэ2= 1~;~2'-активн мощ .. р

ских потерь в обмотке ротора; Р 2 — — Π— активная мощность магнитных потерь в стали ротора из-за малостей частоты перемагничивания

практически отсутствует; Рм„= Є— Р,2 = Р2+ (Р, + Р,) = щ2М, — полная механическая мощность, где Р2 = щ2М2 — полезная мощность на валу двигателя, М2 — полезный момент, Р, — мощность потерь на трение в подшипниках и на вентиляцию, Є— мощность добавочных потерь из-за наличия зубцовой поверхности статора и ротора, М, = = Мо+М2 — момент сопротивления, Мо —— (Р, + Р,)/щ2.

В стационарном режиме работы двигателя электромагнитный момент равен моменту сопротивления; М = М„или (Р, /щ1) =

= (~ мех/Щ2) = ( 'эм Рэ2)/Щ2. ИЗ ЭТОГО РаВЕНСтВа СЛЕДУЕТ, ЧтО Рэ2 —— = Кщ1 — щ2)/щ1]рэм = 5рэм = 5щ1М, 5 = Рэ2/Рэм, ТОГда ВЫражЕНИЕ дЛЯ

электромагнитного момента через мощность электрических потерь

в цепи ротора имеет вид

Электрические потери мощности в цепи ротора можно выразить через ЭДС и ток обмотки ротора и получить обобщенное выражение для электромагнитного момента, справедливое для электрических машин всех типов:

1212Е25х2со5 Р2/(5щ1) ~',мФт~2соз Р2> (7)

где Е2, — — 4,44лвф2Ф = 4,4451 уф2Фэ„Ч'2 — сдвиг фаз между ЭДС и током, См — — 4,44т2511ыф2/(5щ1) = т2в2х2/~Г2 — постоянная двигателя.

Обобщенное выражение (7) позволяет связать величину момента с физическими явлениями в двигателе. Но им удобно пользоваться только при качественном анализе поведения двигателя, так как входящие в нее величины (Ф, Х2, созЧ'2) не связаны непосредственно с напряжением сети.

2.8. Механические характеристики асинхронного двигателя

Электромагнитный момент ЛД пропорционален мощности электрических потерь в об~о~~е ротора: М= Рэ2/(5щ1) = 1л1.2272,~(5щ1). Подставив в это выражение значение тока из Г-образной схемы замещения (5), получим формулу для электромагнитного момента в функции скольжения:

М вЂ” т1У1 В2Д5Щ1 ~(А1+ Я /5) + (Х, +Х ) Д,

Зависимость М = 1(5) описывает механическую характеристику. Выражение (8) удобно для анализа М=Я5). При У1 —— соп51, Л = = сопзс оно содержит только одну переменную 5, которая для различных режимов работы машины может принимать теоретически разные значения в диапазоне от + до — . Зависимость М =Д5) представлена на рис. 2.12, здесь указаны зоны, соответствующие различным режимам работы. Согласно характеристике электромагнитный момент достигает максимального значения при скольжении 5 =+5, (для двигательного и генераторного режимов), кото-

15

Распознанный текст из изображения:

Мпп ал

а1 ха хЗ Я4 1 л

Рис. 2.13

Рис. 2.12

30

рые называют критическими. Определив максимум по производ-

ной от (8), получим выражение для критического скольжения и

максимального момента:

хк > = — ~2 ~ [Ф1 + (Х1 Х2) 1 > Ммах

= л1Р1/Рп1ЛР~1+1%1 + (Х1 + Х2) ] 1.

Пренебрежем Л1, так как Л1 < (Х1 + Х2 ), получим упрощенные выраже-

НИЯ ДЛЯ ~кр И Ммах' ~кр ~~2/ (Х1 + Х2 ) Ммах ~1ЛР1 /12ГВ1 (Х1 +Л 2 )]—

максимальный момент пропорционален У1. Даже небольшое

2

снижение напряжения сети вызывает заметное уменьшение враща-

ющего момента. Например, при уменьшении напряжения сети на 10 %

относительно номинального (У1 — — 0,9171„) момент уменьшится на 19 %:

М' = 0,9 М, = 0,81 М„.

Нормальная (устойчивая) работа двигателя обычно соответствует части кривой, лежащей в диапазоне О < л < з„~. Здесь располагается точка, отвечающая номинальному моменту к„= 0,015...0,05. Обычно я, = 0,07...0,05. Перегрузочная способность ЛД оценивается по максимальному моменту: К, = М „/М„= 1,7...3. При пуске (п2 — — О, х = 1) двигатель развивает пусковой момент М,„=т1Г1/(г01[(А1+ Л2 ) + (Х1+

+ Х' ) ]1. Он зависит от резистивного сопротивления обмотки ротора. Поэтому для увеличения пускового момента фазного ротора на время пуска вводят добавочное сопротивление. На рис. 2.13 показано влияние добавочного сопротивления на механическую характеристику двигателя с фазным ротором. Хотя М „не зависит от Я2, однако 5,,

Кр|

при котором создается этот момент, пропорционально отношению Я'/ (Х1+Х2). Наибольший момент при пуске будет при з,р — — 1, т. е. при значении Я2 = (Х1+ Х2 ).

На практике широко используют приближенное выражение механической характеристики М =Як): М = 2ЛХм /(я,р/з+ з/з, ) — формулу Клосса. Она позволяет получить приближенную механическую характеристику по паспортным данным Мм, я„р для асинхронного двигателя.

2,9, Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Под регулированием будем понимать изменение частоты вращения при неизменной механической нагрузке. Частота вращения ротора г12 — — п1(1 — з) = 60~1/р. Согласно этому выражению регулировать частоту вращения возможно изменением частоты Л, числа пар полюсов и скольжения путем изменения либо напряжения питания, либо резистивного сопротивления обмотки ротора.

Регулирование частоты вращения изменением частоты питающей сети возможно только при питания двигателя от специальных источников (полупроводниковые преобразователи частоты, синхронные генераторы с регулируемой частотой вращения).

16

Распознанный текст из изображения:

П21

п22

П1

П21

Рис. 2.15

П22

П2З

Рвс. 2.14

И1

П20

Л22

Рис. 2.16

33

Если принять Г, = сопз~ и пренебречь падением напряжения в обмотке статора, то У1 = Е, -/,Ф = сопз1. Отсюда видно, что уменыпение частоты приведет к увеличению потока, а следовательно, к увеличению насыщения магнитной цепи и намагничивающего тока. Увеличение же частоты приводит к уменьшению амплитуды потока ф, а следовательно, к увеличению тока в обмотке ротора при неизменном моменте. Поэтому для сохранения постоянства магнитного потока необходимо с изменением частоты изменять напряжение так, чтобы отношение У1/~1 — — сопз1. Частотное регулирование позволяет плавно изменять частоту вращения в широком диапазоне. Допускается (в основном из условия прочности) увеличение скорости в 1,5 — 2 раза выше номинальной и уменьшение в 10 — 12 раз ниже номинальной. Зависимость п2 —— ~ДМ) двигателя при различных /~ имеют вид, показанный на рис. 2.14.

Регулирование частоты вращения изменением числа пар полюсов — ступенчатое регулирование применяется в основном для двигателей с короткозамкнутым ротором, так как при этом требуется изменить число пар полюсов только для обмотки статора. Обычно применяется две — четыре ступени регулирования. Так, при ~, = = 50 Гц и р = 1 — 4 пар полюсов можно получить синхронные частоты вращения 3000, 1500, 1000, 750 об/мин. Двигатели с изменением числа пар полюсов называются многоскоростными.

Регулирование частоты вращения изменением напряжения питания с помощью реактора либо регулируемого автотрансформатора. Этот способ регулирования применяется редко, обычно только для двигателей малой мощности, в связи с трудностями регулирова-

ния напряжения и пониженным КПД. При уменьшении напряжения У1 момент изменяется пропорционально У1 и соответственно

2

меняются механические характеристики.

Влияние напряжения на вид механической характеристики и = = ~(М) показано на рис. 2.15. Как видно, для двигателей обычного исполнения диапазон регулирования частоты вращения весьма ограничен. Несколько больший диапазон можно обеспечить с двигателем повышенного скольжения.

17

Распознанный текст из изображения:

Регулирование частоты вращения изменением резистивного сопротивления цепи ротора применяется только для двигателей с фазным ротором. Если в АД постепенно увеличивать добавочное резистивное сопротивление, то значение максимального момента будет оставаться неизменным, а критическое скольжение будет увеличиваться ~рис. 2.16). При этом частота вращения ротора при неизменном моменте сопротивления уменьшается. Большие потери энергии в регулировочном сопротивлении являются недостатком этого метода.

Ограниченный объем пособия (как и курса лекций) не позволяет рассмотреть все интересные и полезные вопросы теории и практики трансформаторов и асинхронных двигателей. Ответы на многие из этих вопросов можно найти в нижеприведенной литературе по электрическим машинам.

Список рекомендуемой литературы

1. Брускин Д.Э., Захарович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины: Учеб. для электротехн. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1990. 528 с.

2. Волков П.И,, Миловзоров В.П. Электромашинные устройства автоматики: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1986. 350 с.

3. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учеб. для вузов. М,: Энергия, 1980. 928 с.

4. Подлипвнсхий В.С., Сабинин Ю.А., Юрчук Л.Ю. Элементы и устройства автоматики: Учеб. для вузов. СПб.: Политехника, 1995.

4?2 с.

5. Кацман М.ЛХ. Электрические машины: Учеб. для электротехн. средн. спец. учебных заведений. М.: Высш. шк., 2003. 469 с.

2

Распознанный текст из изображения:

1. ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор ~ТР) — статический электромагнитный преобразователь переменного тока одного вида в переменный ток другого вида. В общем случае переменный ток другого вида может отличаться значениями напряжения, тока, частоты, числа фаз. Наиболее широко ТР используются для преобразования напряжения и тока при определенной частоте.

Обычно ТР состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника ~магнитопровода), на котором размещаются обмотки с различным числом витков. Магнитопровод служит для усиления электромагнитной связи между обмотками. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник делают шихтованным из изолированных пластин магнитомягкой стали или витым из тонкой стальной ленты. В высокочастотных и импульсных ТР применяют прессованные сердечники из ферритов.

1.1. Основные процессы в трансформаторе

Существует большое разнообразие ТР, однако рабочие процессы в них могут исследоваться с помощью простой модели однофазного ТР (рис. 1.1), содержащей замкнутый сердечник с двумя обмотками: первичной с в1 витками и вторичной с вг витками. Если к первичной обмотке ТР подвести напряжение и, при разомкнутой вторичной обмотке, то по ней потечет ток холостого хода (ХХ) ~, =

уо (уг О).

Намагничивающая сила (магнитодвижущая сила — МДС) первичной обмотки ~1в1 — — г0ю1 создает в трансформаторе поток ф„(г), большая часть которого ф1(1) = ф0(1) замыкается по сердечнику, сцепляясь с витками к, и вг. Меньшая его часть ф~1(1) — поток рассеяния — сцепляется только с витками ге,, проходя в основном по воздуху. Поэтому его потокосцепление пропорционально току г1. Ч'~1 = = ы,ф~, —— 1~1~~, где ~~1 — индуктивность первичной обмотки от потока рассеяния.

Рис. 1.1

Переменные потоки наводят в первичной и вторичной обмотках ~ДС в1 = г"Ффо~й)/'«~ еи = ~ЧиИ/'~~ 1- хФ1(Г)М ег =

г~г~фО(~)/~~'

Уравнения напряжений Кирхгофа первичной и вторичной обмоток имеют вид

п~ = 1~А + ~хФ1(М~~+ г~ФфоИ/~~~ = ~А + 1.хФ~ И/~ е» цг = ег.

Если к вторичной обмотке подключить сопротивление нагрузки, то по обмотке потечет ток ~г, а ее МДС ~ганг создаст проток фгг®,. большая часть которого фг(1) будет также замыкаться по сердечнику, сцепляясь с витками г1 и вг, а меньшая — ф~г(1) с и г. Ч'~г — — ыгф~д — — ~~г~г, где Л~г — индуктивность вторичной обмотки от потока рассеяния.

Появление тока гг вызовет соответствующее изменение тока г1 и намагничивающей силы 31г~1. 11од дейст~ем МДС ~1~~~, + 7гг~г) в сердечнике образуется результирующий поток ф~~) = ф1(г) + фг(г). Согласно правилу Ленца, поток фг(~) направлен навстречу потоку ф1(Г).

Чему же будет равен результирующий поток? Для выяснения сущности вопроса рассмотрим процессы в идеальном ТР, пренебрегая потерями в стали, потерями в меди и потоками рассеяния как в режиме ХХ, так и в режиме нагрузки.

В режиме ХХ напряжение питания уравновешивается наведенной в этой обмотке ЭДС е1 — — — вфф0(~)/й: и1+ е1 — — О. В режиме нагрузки также и1 + е~ — — О, но е1(~) = — г~ф 1ф1(г) + Фг(~)]/й 0чев' дно если напряжение и1(~) идеального ТР при нагрузке остается неизменным, то значение ЭДС е1(~) будет таким же, как и при ХХ, т. е.

фи+ фг(О=ф (О

3

Распознанный текст из изображения:

Неизменность магнитного потока при переходе от режима ХХ к режиму нагрузки является важнейшим свойством ТР. Из него следует закон равновесия МДС в ТР: 1оы1 = 11га1 + 12вг. Основная закономерность работы идеального ТР справедлива и для реальных ТР: размагничивающее действие потока фг(1) компенсируется увеличением МДС 11ы1 на значение ( — 12жг), а 1оы1 идет на создание потока фо(1,) в сердечнике. Количественные ошибки, вызванные идеализацией ТР, легко учесть в расчетах. Физический процесс, который происходит в ТР при нагрузке, можно представить схематично (рис. 1.2.)

Н1 4ВЗе 11 Ви ез 11/

ЕЛ1

Рис. 1.2

Уравнения ТР в режиме нагрузки име1от вид

п1=1~А+ХлФ Ю/Х~+ Ффо®/~Х~=Р1 1+Х.лФ1(МХ~-е

~ггХфоЯ/гХ~ = ег = %2 '2+ 1лФ2(МХ~+ пг'

'1н11 ='о'~1+ ( '2~2) ~'1='о+ ( 'гг~12/к'1) ='о+'

где 1, = ( — 121ег/ в1) — компенсационный ток, входящий в состав тока

11. МДС, создаваемая током г„равна по значению и противоположна

по фазе МДС вторичной обмотки.

1.2. Комплексные уравнения трансформатора

й=Х~11 'Ж111-Е

— 2 Хе212 1Л Л212 е' 2

Уравнения ТР в режиме нагрузки являются нелинейными вследствие нелинейной связи между потоком фо и МДС (11ю1 + + 12ыг), поэтому при синусоидальном входном напряжении и1 —— = ХХ1 з1па1 периодические токи, потоки и напряжения являются несинусоидальными. Заменяя их эквивалентными синусоидами, можем написать уравнения в комплексной форме:

1, = 1о + ( — 12ы~г/ к1), Ф = Ф, + Ф„„= Фо

1де ХХ2 ~~12~ ХЛ1 2пФЛ1 ЛЛ2 21тФ Л2.

Положим, что эквивалентная синусоида основного магнитного потока имеет вид фо(г) = Ф„,яп сог, тогда е1 = — в1вФ соз сп1 = = Е1,„з1п(о)~ — т~/2), ег — — — ы~гсоФ~ сов вг = Ег„, з1п(Ы вЂ” к/2), т. е. ЗДС изменяются синфазно и отстают по фазе от потока на угол и/2. Дейстнуюшее значение ЭДС Е, = Е~ /Л= (2н/ Г2)ю~иФ =- 4,44ы вФ =4,44ю1Х5В,„, Ег — — Ег / ~2 = ~21т/~/2)жгкФ.,„=

= 4,44жгаФ = 4,44вг,ЮВ„, где 5 — эффективное сечение магнито-

2

провода, м .

Коэффициент трансформации ТР й = в1/ег —— в1/и'2 — — Е1/Ег, й ~ ~ Х/1/ХХ2, Й =- ХХ1/ХХ2, так как в режиме ХХ Ьг — — Ег, а Х/1 =- Е1, т. е. приближенно равны, поскольку ~ Я1Хо+1ХЛ11о << Х/1 . Принимая это во внимание, получаем ХХ1 = 4,44ы1 15В„„. Из этого выражения также следует, что значение основного магнитного потока не зависит от нагрузки ТР при неизменном напряжении ХХ1. Ф = Фо, . Однако нужно иметь в виду, что это выражение является приближенным и соответствует нагрузке, не превышающей номинальную. При заданных 1'.11 и/ это выражение позволяет выбрать конструктивные параметры ТР и1 и 5, задаваясь рабочим значением индукции в магнитопроводе (1,0 < В < 1,5).

Переменный магнитный поток фо персмагничивает магнитопровод ТР с частотой1, вызывая в нем магнитные потери от гистерезиса и вихревых токов. Мощность магнитных потерь эквивалентна активной составляющей тока 1о — 1о„его реактивная составляющая Хо (намагничивающий ток) идет на создание потока фо. Таким образом, ток ХХ имеет две составляющие: 1о —— (Хо, + Хор) . Из-за наличия магнитных

2 2 1/2

потерь ток 1о не совпадает по фазе с потоком Ф, опережая его на угол о = агсф(1о,/Хо ), который называют углом магнитных потерь. Этот угол увеличивается с ростом магнитных потерь.

В ТР большой и средней мощности (Р > 500 Вт) ток 1 составляет 2 ... 10 Ж от номинального тока первичной обмотки и при нагрузке, близкой к номинальной, током 1„иногда пренебрегают при анализе процессов, считая, что 11ж = 12 вг, или 1, /12 — — н,г /и11.

4

Распознанный текст из изображения:

1.3. Приведенные параметры и схема замещения

трансформатора

Хи Хгг 1~г

Для упрощения описания электромагнитных процессов в ТР целесообразно привести параметры вторичной обмотки к первичной. Под приведением понимают особый расчетный прием, при котором реальный ТР с числом витков ы1, ге2 заменяют эквивалентным, с числом витков во вторичной обмотке, равным числу ВиткОВ В первичнои обмотке И~2 = ж~1, т. е. 1 = И~1/ж2= 1. При этом энергетические показатели ТР и его магнитное поле не должны измениться.

Из условия сохранения МДС вторичной обмотки 12ю2 — — 12в1

следует 12 —— 12и~2/ы1 — — 12/Й. Здесь и далее верхний индекс < штрих» у

вторичного параметра означает, что он приведен. Электромагнитная мощность вторичной обмотки е212 — — е212, отсюда с учетом значения 12 следует что Е2 ~Е2' 1ак как (~212 1 212 то 1/2 1~(12'

Из условия равенства потерь в резистивном сопротивлении вторичной обмотки имеем 122 Яг = (12 )2 А2. Приведенное сопротивление

Р 2

А2 — — Й Я2. Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния определяется из равенства реактивных мощностей 12 Х2 — — (12) Х ~2, от-

/ 2

куда Хьг — — й Х~2. Соответственно, приведенное полное комплексное сопротивление вторичной обмотки У'2 = Л'2 + 1Х'~ — — ~ 72. Приведенное полное сопротивление нагрузки определяется аналогично: У'„= Й 7„.

Уравнения напряжений и токов для приведенного ТР имеют вид

Ь-~111+~~иЬ вЂ” Е1 Ег=1~ 212+.1Х~212 112, Ы2= — ~ 12,

11 10 ( 1 2 ~2/ г~'1) 10 ( 1 2).

Электрическую схему замещения однофазного двухобмоточного ТР как четырехполюсника (рис. 1.3), В которой магнитная связь между контурами заменена электрической, можно построить согласно последней системе уравнений. Такая схема приводит к упрощению расчетов и большей наглядности в вопросах теории.

!

-Уг

Рис. 1.3

Параметры схемы замещения характеризуют реальные физические процессы, протекающие в ТР: А'1, А' — потери активной мощноти в меди первичной и вторичной обмоток; Хг1, Х~„2 — потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток; Л = Л + гХ вЂ” сопротивление намагничивающей ветви, по которой протекает 10. Оно отражает явления в ферромагнитном сердечнике и является нелинейным элементом. Составляющая А„, характеризует потери активной мощности на вихревые токи и гистерезис, Х вЂ” индуктивное сопротивление взаимоиндукции обмоток, обусловлено потоком ф0.

Сопротивление 7 можно считать постоянным только при небольших изменениях У1. С увеличением 111 происходит насыщение сердечника, уменьшается Х, и резко возрастает намагничивающий ток10 и10.

1.4. Векторная диаграмма трансформатора

Воспользовавшись схемой замещения приведенного ТР и основными уравнениями напряжений и токов, построим векторную диаграмму (рис. 1.4), наглядно показывающую соотношения и фазовые сдвиги между токами, напряжениями и ЭДС. Начинать ее построение удобно с основного потока Ф0~.

Вектор 10 опережает вектор потока Ф0 на угол магнитных потерь О, а векторы ЭДС Е1 — — Е'2 отстают от Ф0„, на к/2. Далее строим 1'2. Для определения угла сдвига фаз между Е'2 и1'2 следует знать характер нагрузки ТР. Предположим, что нагрузка резистивно-индук-

5

Распознанный текст из изображения:

Рис. 1.5

Рис. 1.4

10

тивпая. Тогда 1'2 отстает от Е'2 по фазе на угол Ч'2 — — агс1ц ~(Х~~ +

+ Х'.)/Ж+ А;)]

Далее строим векторную сумму напряжений вторичного контура, равную Е'~. вектор напряжения Г'2 опережает по фазе вектор тока 1'2 на угол д~ = агс1фХ'„/А; ), вектор А21'2 совпадает по фазе с 1'~ а вектор ~Х ~,212' опережает его на т~/2.

Векторную сумму токов строим, зная значение и направление векторов 1О и ( — 1~) и, таким образом, определяем вектор тока 1~. Затем строим векторную сумму У~ —— ЛД +~Х д!~ +( — Е~) для чего к вектору (-Е,) прибавляем векторы ВД и ~Х~~1~ с учетом их фазового направления относительно вектора тока 1~. Получаем вектор входного напряжения Г~, который опережает по фазе вектор тока 1, на угол д,.

В случае рсзистивно-емкостной нагрузки ток 1'2 опережает по фазе Е'~ на угол Ч~ — — агс1~ ~~Х ~2 — Х'„) / ( Я2 + Я'„)], в остальном по-

рядок построения диаграммы остается прежним.

1.5. Определение параметров схемы замещения

Параметры схемы замещения для любого ТР можно определить по данным опытов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ).

Опыт холостого хода проводят при разомкнутой вторичной обмотке (рис. 1.5, а). К первичной обмотке подводят номинальное напряжение У,„и измеряют амперметром ток1~,-— -10, ваттметром В'активную мощность Р„и вольтметром 1~~ напряжение вторичной обмотки У20.

Опыт ХХ позволяет рассчитать коэффициент трансформации Й = в~/к2 — — Е~/Е2 = У~„/Г20, входное сопротивление У0 — — Ц,/10 —— = ~(А, + А ) + (Х, + Х„,) ], резистивные сопротивления Я0 ——

2 + 2 1/2

= Р0/10 2= (А, + А ). В У„и Я0 входят параметры первичной обмотки и ветви намагничивания. Так как ток ХХ мал по сравнению с номинальным током, а Л, «Л,„, то электрическими потерями Р„, = А,10

2

пренебрегают, считая, что вся мощность, потребляемая ТР в режиме ХХ, идет в основном на покрытие потерь в сердечнике: Р0 — — Р, =Й 10 откуда Л = Р0/10. В маломощных ТР потери в стали рассчитывают с

2

учетом электрических потерь в первичной обмотке: Р, = Ро — Я~1~. Сопротивление первичной обмотки А, рассчитывают из опыта на постоянном токе или измеряют омметром.

Аналогичносчитают,чтоХ~~+Х =Х,таккакХ определяется потоком взаимоиндукции ф0, а Х~~ — потоком рассеяния ф~~, который во много раз меньше ф0. Поэтому Х = (У0 — А~ ) ~~~.

Опыт короткого замыкания проводится при замкнутой вторичной обмотке накоротко (рис. 1.5, 6). К первичной обмотке подводят пониженное напряжение Ь"„такого значения, при котором токи в

6

Распознанный текст из изображения:

Г 1

Хл~ А~ Хи

Рис. 1.6

0,5

Рис. 1.7

обмотках равны номинальным значениям. Напряжение ХХ1, составляет всего несколько процентов от ХХ1„. Короткое замыкание при ХХ1, — — ХХ1„опасно для ТР, так как токи в его обмотках во много раз превысят номинальные значения.

В опыте короткого замыкания измеряют У1„Р, и рассчитывают входное сопротивление У, = ХХ1,/Х„а также резистивное эквивалентное сопротивление А„= Р,/Х1 „, учитывающее мощности всех потерь.

2

При пониженном входном напряжении магнитный поток фо, зависимый от напряжения, будет малым, а следовательно, магнитные потери в сердечнике будут незначительны (они пропорциональны квадрату магнитной индукции) и ток намагничивания, создающий поток фо. Поэтому в опыте КЗ током Хо можно пренебречь, и тогда 11„— — — Х2,. Это позволяет исключить из схемы замещения приведенного ТР ветвь намагничивания с сопротивлениями А„„Х .

С учетом принятых допуп1ений У, = ~(А1 + А2) + (Х2,1" + Х12И А А1+ А2 Х (Ж,1 + Х1,2) = (2' — А',) . Разделить А„Х, на составляющие довольно трудно, поэтому полагают А1 —— =-А' = 0,5А,, Х11 — — Х 2 — — 0,5 Х,.

Таким образом могут быть определены параметры схемы замещения А,, Х1,1, А2, Х'-, А, Х и коэффициент трансформации Е.

1.6. Внешняя характеристика трансформатора

При изменении нагрузки ТР (тока 12) его вторичное напряжение ХХ2 не Остае~ся неизменным: Ц2 — — Е2 — Х212. С ростом 12 увел11 1ивается падение напряжения 72Х2, кроме того, вследствие некоторого изменения потока Фо изменяется Е2. Вторичное напряжение можно выразить через постоянное но величине первичное напряжение 1?1, если рассмотреть упрощенную схему замещения ТР (рис. 1.6). В этой схеме отсутствует ветвь намагничивания. Такое упрощение для большинства ТР вполне правомерно, так как обычно 10 < Х2 и им можно пренебречь, считая, что 1, = ( — 1'2).

Из упрощенной схемы ( — Ь"2) =Ц1 — У,11 = С'1 — 7,( — Х'2), где У,.=

(А1+ А2) +1(Х + Хх2)'

Зависимость Г2 — — 1 (12) или ХУ2 — — Х ® при ХХ1 — — Г1„—— сопз1, 1= Х„= = сопз1 и д2 — — агс1 фХ'„ /А;, ) = сопз1 называют внешней характеристикой. Коэффициент нагрузки р = 12/12„, 12„— номинальное значение.

На рис. 1.7 представлены внешние характеристики ТР для различных по характеру нагрузок (ХХ20 — значение У2 при 12 — — О). При чисто активной (сощ2 —— О, кривая 1) и активно-индуктивной (соз д2 >Д, кривая 2) нагрузках внешние характеристики имеют падающий характер, а при активно-емкостной (сояр2 < О, кривая 3) нагрузке и некоторых углах д2 напряжение на выходе увеличивается.

Нежелательное изменение вторичного напряжения под нагрузкой можно частично исправить уменьшением потоков рассеяния обмоток, размещая их на одних и тех же стержням магнитопровода, если это возможно. Сближение обмоток ведет к уменьшению потоков рассеяния.

1.7. Коэффициент полезного действия трансформатора

КПД11 =Р2/Р, — У212СОЯр2/(ХХ111 СОЯ~1), где Р, = ХХ1 11 соз 1р1 — активная мощность, поступающая из сети в первичную обмотку, 2 1/212 соз (Р2 = У2„12„соя~2 рэ2н сояр2 мОщнОсть Отдаваемая втО

7

Распознанный текст из изображения:

ричной обмоткой в нагрузку. 11ри передачи энергии возникают электрические потери мощности Р„и Р,2, идущие а нагрев обмоток ТР протекающими по ним токами, а также магнитные потери в стали магнитопровода Р„. от вихревых токов и гистерезиса.

Согласно требованиям стандартов потери мощности в ТР определяют по данным опытов ХХ и КЗ. Суммарные электрические потери Р, = Р„+ Р,2 — — А!1!+

2

2( 2) ( 1 2) ('2) = 1~к(.т2) = 0 1~к ('12н ) 1 Рзн !де Рз~ суммарные потери при поминальной нагрузке. Величину Р„, = = Л, (1~„) = Я,У!„можно с достаточной степенью точности принять равной мощности Рк, потребляемой ТР при опыте КЗ (см. п. 1.5): Рзн Рк 1 аким образом, Р = ~3 Р

Магнитные потери (потери в стали) равны мощности, потребляемой ТР при ХХ и номинальном первичном напряжении, так как в этом режиме магнитный поток практически равен потоку при нагрузке: Р, = Ро. Полные потери Р = Ро+ ~ Р,. Мощности Р2 и Р, можно выразить

2 через мощность потерь:

Р2= Р! Р=Р! РО Р Р, Р!=Р~ Р= 152 сояр2 РО 1 Р Ч = (Р! Р)/Р! 1 Р/Р! 1 (Ро ~ Рк)/(~Р2нсоз92 РО 0 Рк)

Зта формула рекомендуется стандартом для определения КПД трансформатора.

Таким образом, КПД ТР зависит как от величины нагрузки, так и от коэффициента мощности. На рис. 1,8 представлен график т1 = = /(р). Наибольшее значение КПД т1 соответствует нагрузке р „, = = 0,45...0,50, при которой магнитные потери равны электрическим. Чп~ак

Рис. 1.8

!-'опт

2. АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ

Открытие в 1880 г. Г. Феррарисом и Н. Тесла вращающегося магнитного поля, получаемого с помощью переменных токов, положило начало конструированию многофазных электрических машин. Наиболее экономичной среди многофазных систем переменного тока оказалась система трехфазного тока, основы которой заложил в 1889 — 1891 гг. инженер М. Доливо-Добровольский. Предложенная им конструкция трехфазного асинхронного двигателя (АД) в основных чертах сохранилась до наших дней.

Асинхронные машины используются в основном как двигатели. В настоящее время они наиболее распространены во всех отраслях промышленности благодаря конструктивной простоте, низкой стоимости и высокой надежности при минимальном обслуживании. По возможностям регулирования частоты вращения они уступают только двигателям постоянного тока.

2.1. Принцип действия асинхронного двигателя

В АД одну из обмоток размещают на статоре, а вторую — на роторе. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величину которого для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым (рис. 2.1).

Обмотка статора представляет собой трехфазную (или в общем случае многофазную) обмотку, катушки которой размещают равномерно по окружности статора. Фазы обмотки статора АХ, ВУ, СУ соединяют по схеме «звезда» или «треугольник» и подключают к трехфазной сети.

Обмотку ротора выполняют также трехфазной или многофазной и размещают равномерно вдоль окружности ротора. Ее фазы ах, Ьу, сг в простейшем случае замыкают накоротко. При питании трехфазным током обмотка статора создает вращающееся магнитное поле, синхронная частота вращения которого и! = б0~!/р, где /! — частота сети, р — ' число пар полюсов, образованных обмоткой статора.

15

8

Распознанный текст из изображения:

Относительную разность частот вращения магнитного поля и ротора оценивают скольжением: я = (п1 — п2)/и, или я= [(п1 — п2)/пД 100 %. Очевидно, что в двигательном режиме 1 > з > О. На рис. 2.2 представлена зависимость между скольжением и частотой вращения ротора.

Вращающееся поле статора (полюсы Л'~ и 51 на рис. 2.1) сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них ЭДС. На рисунке согласно правилу правой руки показано направление ЭДС в проводниках ротора. При определении направления ЭДС принимают условно поле неподвижным, а проводники — движущимися в направлении, противоположном направлению движения поля (по ходу часовой стрелки). Под воздействием ЭДС в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора появляются токи. Активная составляющая этих токов совпадает по фазе с ЭДС. При этом условные обозначения (крестики и точки) на рис. 2.1 показывают одновременно и направление ЭДС, и направление активной составляющей тока.

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется с помощью правила левой руки. Суммарное усиление Е,, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Если этот момент достаточен для преодоления момента сопротивления М,, то ротор придет во вращение и его установившаяся частота вращения и2 будет соответствовать условию М = М,.

Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети, преобразуется в механическую энергию вращения ротора. Частота вращения ротора п2, называется асинхронной, всегда меньше частоты вращения поля без внешнего вмешательства, так как только в этом случае существует индуктивная связь между обмоткой ротора и магнитным полем.

Если с помощью внешнего момента увеличить частоту вращения ротора п2 > л,, то изменится направление ЭДС, активная составляющая тока в проводниках ротора и, соответственно, направление электромагнитного момента М, который станет тормозным. Это соответствует генераторному режиму работы двигателя, при котором механическая энергия внешнего воздействия превращается в электрическую энергию, поступая в сеть. В этом режиме з < О.

Если изменить направление вращения ротора за счет внешнего момента (или магнитного поля) так, чтобы магнитное поле и ротор вращались в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в проводниках ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, т. е. машина будет получать из сети активную мощность. Однако электромагнитный момент Мбудет направлен против вращения ротора, т. е. является тормозным. Этот режим работы асинхронной машины называют режимом электромагнитного торможения. При этом п2 < О, а л > 1.

Так как частота вращения магнитного поля относительно ротора равна (и, — п~), то частота наводимых в ее обмотке ЭДС и тока Х2 Р(п1 п2)/60 = (рп,/бО) (и1 2)/~1 ~Л г е' частота роторе не постоянная, а изменяется прямо пропорционально скольжению.

9

Распознанный текст из изображения:

Рис. 2.4.

Рис. 2.5

Рис. 2З

18

2.2. Устройство асинхронных двигателей

АД состоит из статора и ротора, разделенных воздушным зазором (рис. 2.3, где 1 — лапы для крепления; 2 — кожух вентилятора; 3, 12 — подшипники; 4 — вентилятор; 5, 10 — подшипниковые щиты; 6— корпус; 7 — сердечник статора с обмоткой; 8 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 9 — коробка выводов; 11 — вал). Активными частями двигателя являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод статора и ротора с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из листов электротехнической стали. Для статора листы штампуют в виде колец с пазами на внутренней стороне. Кольца перед сборкой в пакет изолируют. Пакет 2 запрессовывают в немагнитный корпус 1 (рис. 2А, а). В пазы пакета укладывают проводники многофазной обмотки. Обмотки в пазах закрепляют с помощью клиньев и пропитывают специальным лаком для скрепления проводников и улучшения теплоотвода. Концы обмотки выводят на зажимы платы (колодки) и обозначают начала А, В, С, концы Л; 'г', 7.

Сердечник ротора 3 имеет форму цилиндра, набранного из изолированных листов, имеющих пазы на внешней стороне и посадочное отверстие для вала 4 (рис. 2.4, б). Обмотки ротора подразделяют на короткозамкнутые и фазные. В АД малой мощности в основном применяют роторы с короткозамкнутой обмоткой — короткозамкнутые роторы. В пазах таких роторов расположены медныеили алюминиевые стержни, соединенные с торцов короткозамкнутыми кольцами (рис. 2.5) — обмотка типа «беличья клетка». В АД болыпой мощности и в некоторых специальных двигателях малой мощности с целью получения большего пускового момента и широкого регулирования частоты вращения ротора применяют фазные обломки. В пазы фазного ротора уложена обмотка, выполненная аналогично обмотке статора. Концы фаз обмотки присоединяют к контактным

Комментарии

Поделитесь ссылкой:
Рейтинг-
0
0
0
0
0
Поделитесь ссылкой:
Сопутствующие материалы
Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее