- •Б. И. Огорелков, а. П. Попов
- •1 Основные понятия и определения
- •1.1 Общие сведения
- •1.2 Резистивные элементы
- •1.3 Индуктивный и емкостный элементы
- •1.4 Источники постоянного напряжения
- •2 Электрические цепи постоянного тока
- •2.1 Общие сведения
- •2.2 Законы Кирхгофа
- •2.3 Распределение потенциала вдоль электрической цепи
- •2.4 Последовательное и параллельное соединения
- •2.4.2 Параллельное соединение
- •2.5 Соединение резисторов треугольником и звездой
- •2.6 Электрическая энергия и мощность
- •2.7 Номинальные величины источников и приемников.
- •2.8 Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •2.9 Магнитные цепи
- •3 Линейные однофазные электрические цепи синусоидального тока
- •3.1 Основные величины, характеризующие синусоидальные ток, напряжение и эдс
- •3.2 Элементы электрических цепей синусоидального тока
- •3.3 Расчет неразветвленной электрической цепи
- •3.4 Мощность в линейных цепях синусоидального тока
- •3.5 Переходные процессы в электрических цепях
- •4 Трехфазные линейные электрические цепи синусоидального тока
- •4.1 Трехфазный источник электрической энергии
- •4.2 Анализ электрических цепей при соединении трехфазного источника и приемника по схеме «звезда» с нулевым проводом
- •4.3 Соединение приемника по схеме «треугольник»
- •4.4 Мощность трехфазной цепи
- •4.4.1 Трехфазная электрическая цепь с симметричным приемником
- •5 Электромагнитные устройства
- •5.1 Выключатели, кнопки и клавиши
- •5.2 Электрические контакты
- •5.3 Электромагниты
- •5.4 Контакторы
- •5.5 Электромагнитные реле
- •6 Трансформаторы
- •6.1 Общие сведения
- •6.2 Принцип действия трансформатора
- •6.3 Работа трансформатора в режиме холостого хода
- •6.4 Опыт короткого замыкания
- •6.5 Мощность потерь в трансформаторе
- •6.6 Автотрансформаторы
- •7 Электрические машины
- •7.1 Общие сведения
- •7.2 Вращающееся магнитное поле
- •7.3 Асинхронные машины
- •7.3.4 Контакторное управление асинхронными
- •7.4 Синхронные машины
- •8 Электроника
- •8.1 Общие сведения
- •8.2 Полупроводниковые диоды
- •8.2.1 Полупроводниковые фотоэлектрические приборы
- •8.2.2 Транзисторы
- •8.2.3 Оптоэлектронные приборы
- •8.2.4 Тиристоры
- •8.3 Выпрямители на полупроводниковых диодах
- •8.3.1 Однополупериодное выпрямление
- •8.3.2 Двухполупериодное выпрямление
- •8.3.3 Трехфазные выпрямители
- •8.3.4 Управляемые выпрямители
- •8.3.5 Стабилизаторы напряжения
- •8.4 Усилители на транзисторах
- •8.4.1 Операционные усилители
- •9 Электрические измерения и приборы
- •9.1 Системы электрических измерительных приборов
- •9.2 Основные характеристики электрических измерительных приборов
- •9.3 Измерение тока, напряжения и мощности
- •9.3.2 Трансформатор тока (тт)
- •9.3.5 Электроннолучевые осциллографы
- •9.3.6 Цифровые измерительные приборы (цип)
- •9.3.7 Технические характеристики цип
- •9.3.8 Цифровые вольтметры.
- •9.3.9 Использование цип для измерения переменных напряжений
- •10 Частотно-регулируемый электропривод
- •10.1 Методы частотного регулирования
- •10.2 Краткие сведения о преобразователях частоты
- •10.3 Принцип действия однофазного пч
- •11 Электрооборудование
- •11.1 Трансформаторные подстанции и распределительные
- •11.2 Релейная защита и защита от атмосферных перенапряжений
- •12 Электротехнология
- •12.1 Электротермия
- •12.2 Электрохимия
- •12.3 Электронно-ионная технология
- •12.3.1 Общие сведения
- •13 Системы электроснабжения
- •13.1 Общие сведения об электроснабжении
- •14 Электробезопасность
- •14.1 Общие сведения
- •14.2 Защитное заземление
- •14.3 Зануление
- •14.4 Конструкция заземлителя
- •Библиографический список
- •Оглавление
7.3.4 Контакторное управление асинхронными
электродвигателями
Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, как правило, управляются при помощи магнитных пускателей.
Включение электродвигателя производится непосредственно на полное напряжение, за исключением мощных двигателей, требующих ограничения пускового тока.
Разберем простейшую схему управления электродвигателем с короткозамкнутым ротором посредством нереверсивного магнитного пускателя (рис. 7.7). Замыканием контактов вводного выключателя ВВ подается напряжение на силовую и вспомогательную цепи схемы. При нажатии на кнопку 2КУ «пуск» замыкается цепь питания катушки контактора К; при этом главные контакты контактора К замыкаются, присоединяя статор электродвигателя Д к питающей сети. Одновременно при помощи замыкающего блок-контакта К создается цепь питания катушки К независимо от положения контактов кнопки, вследствие чего дальнейшее нажатие на кнопку 2КУ становится излишним.
Отключение электродвигателя Д осуществляется путем нажатия кнопки 1КУ «стоп»; при этом размыкающие (р) контакты 1КУ разрывают цепь питания катушки контактора, что влечет за собой размыкание всех контактов и отключение цепи электродвигателя.
В схеме предусмотрена защита электродвигателя, аппаратов и проводов:
а) от коротких замыканий при помощи предохранителей 1П и 2П;
б) от перегревания при длительных тепловых перегрузках электродвигателя при помощи тепловых реле РТ, замыкающие контакты которых разрывают при перегрузке электродвигателя цепь питания катушки К; при этом нагревательные элементы тепловых реле включаются в две фазы электродвигателя;
в) от самопроизвольных повторных включений электродвигателя (нулевая защита): при снижении или исчезновении напряжения в сети электромагнитное усилие катушки К также снизится, что повлечет за собой отпускание якоря контактора и размыкание контактов; повторный пуск электродвигателя после восстановления рабочего напряжения возможен только после нажатия на кнопку «пуск».
Если требуется ограничивать пусковой ток короткозамкнутого асинхронного электродвигателя, то в цепь статора электродвигателя вводится активное сопротивление или реактор либо включается автотрансформатор. На практике широко применяются другие схемы релейно-контактного управления асинхронного двигателя, позволяющего изменять напряжение вращения его.
Рис. 7.7. Схема контакторного управления асинхронным электродвигателем
с короткозамкнутым ротором
7.4 Синхронные машины
7.4.1 Назначение и устройство синхронных машин. Синхронные машины используются в качестве:
источников электрической энергии (генераторов);
электродвигателей;
синхронных компенсаторов.
С помощью синхронных трехфазных генераторов вырабатывается электрическая энергия на электростанциях.
Синхронные генераторы приводятся во вращение:
на тепловых электростанциях (ТЭЦ, ГРЭС, АЭС и др.) с помощью паровых турбин и называются турбогенераторами;
на гидроэлектростанциях (ГЭС) с помощью гидротурбин и называются гидрогенераторами.
Синхронные генераторы применяются также в установках, требующих автономного источника электрической энергии (автомобильные электрические краны и др.).
Синхронная машина – электрическая машина, скорость вращения п которой находится в строго постоянном отношении к частоте f сети синусоидального тока, с которой эта машина работает:
,
где р – число пар полюсов машины.
Синхронный компенсатор – синхронный двигатель, работающий вхолостую и дающий в сеть регулируемый реактивный ток, что дает возможность поддерживать высокий промышленных установок, заменяя громоздкие батареи конденсаторов.
Статор синхронной машины (рис. 7.8) состоит из стального или чугунного корпуса 1, в котором закреплен цилиндрический магнитопровод 2. Для уменьшения потерь на вихревые токи и перемагничивание, магнитопровод набирают из листов электротехнической стали. В пазах магнита» провода уложена трехфазная обмотка 3. В подшипниковых щитах расположены подшипники, несущие вал 4. На валу размещен цилиндрический магнитопровод 7 ротора, выполняемый из сплошной стали, в пазах которого уложена обмотка возбуждения (ОВ) 8, питаемая постоянным током через два изолированных друг от друга и от вала контактные кольца 6, к которым пружинами прижимаются неподвижные щетки 5. Обмотка возбуждения с магнитопроводом ротора по существу являются электромагнитом. Мощность, необходимая для питания обмотки возбуждения, невелика и составляет 1 – 3% от мощности всей машины.
На рисунке 7.8,а показана двухполюсная синхронная машина с неявно выраженными полюсами ротора, предназначенная для работы на скорости 3000 об/мин.
Синхронные машины с меньшими скоростями (1500, 1000, 750 об/мин и т.д.) имеют явно выраженные полюса, число которых тем больше, чем меньше скорость.
Рис. 7.8. Устройство синхронной машины с неявно выраженными полюсами (а)
и ротора машины с явно выраженными полюсами (б).
На рисунке 7.8,б показан ротор четырехполюсной машины с явно выраженными полюсами (1), которые изготовляют из отдельных стальных листов или реже цельными и закрепляют на ободе 2 ротора. Отдельные части обмотки возбуждения 3 соединены между собой так, что северные и южные полюсы чередуются.
7.4.2 Принципы действия синхронных машин. При подключении обмотки возбуждения синхронной машины к источнику постоянного тока эта обмотка порождает магнитное поле с амплитудным значением магнитного потока (рис. 7.8).
При вращении ротора с помощью первичного двигателя магнитное поле будет также вращаться.
В результате этого в трех фазах обмотки статора будут индуктироваться три ЭДС, одинаковые по амплитуде и частоте, сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 120°, т.е. в обмотках статора генерируется трехфазная симметричная система ЭДС.
Действующее значение Е и частота f синусоидальной ЭДС, индуктируемой в одной фазе обмотки статора вращающимся магнитным полем определяются по формулам:
где w – число витков одной фазы обмотки статора;
,
где р – число пар полюсов магнитного поля ротора.
Для получения стандартной частоты 50 Гц синхронные генераторы изготавливаются с разными числами пар полюсов.
Турбогенераторы тепловых электростанций рассчитываются на скорость 3000 об/мин и имеют одну пару полюсов (р = 1).
Скорость вращения гидрогенераторов определяется высотой напора воды и для различных станций лежит в пределах от 50 до 750 об/мин, так что генераторы имеют от шестидесяти до четырех пар полюсов.
7.4.3 Основные характеристики синхронных генераторов. Важнейшими характеристиками генераторов являются (рис. 7.9):
характеристика холостого хода;
внешняя характеристика;
регулировочная характеристика.
Рис. 7.9. Характеристики синхронного генератора: холостого хода (а), внешняя (б) и регулировочная (в)
Характеристика холостого хода показывает, как зависит ЭДС Е (напряжение холостого хода Uхх ) от тока возбуждения Iв.
Внешняя характеристика – зависимость напряжения на выходе генератора от тока I через него (от тока нагрузки) при
Внешняя характеристика показывает, как изменяется напряжение на зажимах статорной обмотки генератора при изменении тока нагрузки I.
Регулировочная характеристика показывает, как следует изменять ток возбуждения Iв при изменении тока нагрузки I, чтобы поддерживать выходное напряжение генератора постоянным.