Контрольные вопросы

1. Как устроены и работают синхронные машины? Почему в синх­ронных

машинах устанавливают пусковую обмотку?

2. Почему в синхронных машинах при пуске роторную обмотку возбуждения

замыкают накоротко?

3. Почему подачу напряжения возбуждения производят только после

практически полного разгона машины до синхронной частоты вращения?

4. Почему в синхронной машине при увеличении возбуждения реактивное

сопротивление статорной обмотки из индуктивного превращается в емкостное?

5. При каком токе возбуждения целесообразно использовать синхронный

двигатель при работе на отдаленных участках?

6. Можно ли применять синхронную машину для увеличения коэффициента

мощности электроустановок?

7. Как использовать синхронную машину в качестве генератора?

8. Где применяют синхронные машины?

9. Можно ли применять синхронные машины в электрооборудовании тракторов и

автомобилей, работающих на постоянном токе?

10. Как подавляют качание частоты вращения ротора в синхронной машине?

Лабораторная работа № 14

Изучение трехфазного асинхронного

Электродвигателя переменного тока

Цель работы: изучение принципа работы асинхронного электродвигателя и его характеристик, овладение практическими навыками при работе с двигателями.

Краткие теоретические сведения.

Асинхронный электродвигатель (АЭД) состоит из статора и ротора (короткозамкнутого или фазного). В пазах магнитопроводов статора и ротора уложены обмотки. Статорная обмотка трехфазного АЭД состоит из трех однофазных обмоток, соединенных в звезду или треугольник и сфазированных для создания кругового вращающегося магнитного поля. Начала статорных обмоток обозначают С1,С2, С3; концы - С4, С5, С6. Статорная обмотка подключена к сети переменного тока, роторная замкнута накоротко (короткозамкнутый ротор) или выведена через три токосъемных кольца на внешние реостаты (фазный ротор), рис.14.2. Статорная обмотка создает неизменное по величине круговое вращающееся магнитное поле с частотой вращения n₁ =60 f /р и наводит в роторной обмотке эдс Е _р и ток I _р. Частота вращения n₁ магнитного поля статора называется синхронной, n₁ =60 f / р (об/мин), где f- частота тока сети, 50 Гц; р- число пар полюсов, целое число, зависящее от конструкции обмотки. Направление вращения магнитного поля определяется последовательностью чередования фаз питания статорной обмотки. За счет магнитной связи поле статора наводит в роторной обмотке переменный ток I _р=Е _р/ [ R² _р +(2 f _р L_р )²], где R _р –активное сопротивление роторной обмотки; f _р –частота тока в роторной обмотке, f _р= f s;

L_р –индуктивность рассеяния роторной обмотки.

s - коэффициент скольжения. s= (n₁- n₂) /n₁. n₂-частота вращения ротора, об/мин. В двигательном режиме s=0.015-0.06.

При вращении ротора частота тока в роторной обмотке f _р и индуктивное сопротивление роторной обмотки X_р изменяется f _р =f s; X_р = 2 f _р L_р, где f- частота тока сети.

Ротор АЭД вращается с частотой n₂ в сторону вращения поля статора за счет вращающего момента М, возникающего при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с активной частью наведенного тока в роторной обмотке. Вращающий момент М определяется выражением М=сIрФ cos . -угол сдвига фаз между магнитным потоком статора Ф и током ротора L_р. Различие частот вращения ротора и поля статора измеряют коэффициентом скольжения

s= (n₁ -n₂ ) / n₁. Коэффициент скольжения s в двигательном режиме изменяется от 0 до 1, в тормозных режимах s может принимать любые иные значения.

На основе асинхронной машины можно построить фазовращатель, преобразователь частоты, асинхронный генератор и двигатель, индукционный регулятор напряжения, регулируемую катушку индуктивности.

Изменяя частоту вращения n₂ АЭД с фазным ротором можно получить ток и эдс ротора иной частоты (преобразователь частоты) для питания различных потребителей.

СR1 jС X1 j X2^/ С² R2^/ С²

. .

I1 I2^/

Rm +R1 C²R2^/доб

. . .

U1 Е1 = Е2^/ С²R2^/ (1-s)/s

j(Xm +Х1) .

I0

Рис.14.1. Эквивалентная Г -образная схема замещения одной фазы АЭД.

Zк=R1+j X1+j X2^/+R2^/ - сопротивление короткого замыкания, состоит из активных сопротивлений обмоток (статора и ротора) и индуктивных сопротивлений рассеяния. R1+jX1-сопротивление статорной обмотки, jX2^/+R2^/ -приведенное сопротивление роторной обмотки. R2^/ (1-s)/s -приведенное сопротивление, учитывающее механическую мощность. Zо= Rm +R1+ j( Xm+Х1) -сопротивление вынесенного контура намагничивания. Комплексная величина С=1+ Z₁/ Zо и примерно равна 1.04. Z₁= R1+j X1. C²R2^/доб- приведенное сопротивление в цепи ротора АЭД с фазным ротором.

Рис.14.2. Схема АЭД с фазным ротором. RR1-RR3 роторные реостаты. ( 30 Ом).

Величина индуцированной эдс Е _р в роторной обмотке при вращении также изменяется, изменяется Е _р = Е _{р неподв} s, где Е _{р неподв} –эдс в неподвижном роторе.

При повороте заторможенного ротора в пределах 0-360 электрических градусов фаза роторной эдс сдвигается (фазовращатель) относительно эдс статора от 0 до 360 градусов.

Если сложить векторы эдс роторной и статорной обмоток (рис.14.3) , то суммарная эдс зависит от угла поворота ротора ( индукционный регулятор). Индукционный регулятор работает следующим образом. На одну из обмоток, например, роторную подают трехфазное нап­ряжение. Роторная трехфазная обмотка создает вращающееся магнитное поле, наводящее в статорной обмотке эдс Е2. В за­висимости от взаимного положения роторной и статорной об­моток эдс статора Е1оказывается сдвинутой по фазе на любой угол в пределах от 0 до 360 градусов. Суммарная регулируемая эдс Е рег зависит от угла поворота ротора относительно статора. Такое устройство называют индукционным регулятором.

Р1 С1 С4

А А1

Р2 С2 С5

В В1 Е_рег. Е1 Е_рег.

Р3 С3 С6

С С1 Е2

ротор, Е2 статор, Е1

Рис.14.3. Схема индукционного регулятора.

Для получения индуктивной регулируемой катушки обмотки ро­тора и статора соединяют последовательно и подключают к сети трехфазного тока. Если угол между осями об­моток соответствующих фаз статора и ротора равен нулю, то магнитный поток суммируется, что эквивалентно увеличению числа витков в фазе (W=W1Kоб1+W2Kоб2). Если угол между осями обмоток соответствующих фаз равен 180 градусам- магнитные потоки вычитаются , что эквивалентно уменьшению числа витков (W=W1Kоб1-W2Kоб2). Изменение магнитного потока при постоянном тока эквивалентно изменению индуктивности. В остальных положениях ротора индуктивность занимает промежуточное значение.

Поэтому АЭД с фазным ротором можно использовать как: 1-двигатель;

2-преобразователь частоты; 3-индукционный регулятор; 4-фазовращатель;

5-регулируемую катушку индуктивности.