Книги / элмех2000

142 Трансформаторы Ч. III

Кроме того, при 5 распределение напряжения вдоль обмотки

делении. Это вызывает необходимость усиления междувитковой и между катушечной изоляции в начале обмотки.

13.4 Защита трансформаторов от перенапряжений

Волны перенапряжений, достигающие трансформатора, могут вызвать опасность повреждения его изоляции, вследствие чего возникает необходимость борьбы с этой опасностью. Для этой цели начальные и концевые катушки высоковольтных обмоток трансформатора выполняются с усиленной изоляцией, а нейтрале обмоток с напряжением 35 кВ и больше заземляются либо непосредственно, либо через сопротивления, значения которых для высоковольтных колебательных процессов малы. Кроме того принимаются меры, направленные к частичному или более полному предотвращению электромагнитных колебаний в обмотке.

Простейшим мероприятием подобного рода является применение емкостных колец у начала обмотки на 35 кВ и выше. Такое кольцо представляет собой картонный механизированный диск, разрезанный по радиусу во избежание образования короткозамкнутого витка и соединенный с началом обмотки. Емкость этого кольца по отношению к виткам начальной катушки представлена на схеме емкостной цепочки обмотки в

виде емкости CЭ .

емкости витков начальной катушки и повышает их потенциал. Лучшие результаты можно получить, если кроме того, охва-

тить экранными кольцами также ряд последующих катушек обмотки. Наличие таких колец приводит к повышению потенциала начальных и последующих катушек обмотки, причем можно получить почти равномерное начальное распределение напряжения, (рис. III-13.5 и рис. III-13.6)

Трансформаторы с подобной защитой называются грузоупорными или нерезонирующими, поскольку в них практически устранена опасность возникновения значительных резонансных электромагнитных колебаний под воздействием волн перенапряжений.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в пределах от 0 до 1. При этом S 0 соответствует режиму х.х., когда ротор двигателя почти не испытывает противодействующих моментов, S 1 соответствует режиму к.з., когда при включении в сеть противодействующий момент на валу двигателя равен пусковому моменту и поэтому ротор двигателя неподвижен (n 0). Для двигателей нормального исполнения мощностью от 1 до 1000 кВт номинальное скольжение приблизительно составляет соответственно 0,06+0,001, т.е. 6+1%.

Частота тока (э.д.с.), наведенного в обмотке вращающегося ротора, пропорциональная частоте вращения магнитного поля относительно ротора

ns n0 n

т.е. частота тока (э.д.с.) ротора пропорциональна скольжению. Для асинхронных двигателей общепромышленного приме-

нения эта частота обычно не велика и при f1 50 Гц не превы-

шает нескольких Гц. Так, при Sном 5% частота f2 50 0,05 2,5 Гц.

Ток ротора создает вращающуюся н.с., частота вращения которой относительно ротора

ns f260 f1S60 n0S p p

Частота вращения н.с. ротора относительно статора больше на величину n:

ns n n0S n0(1 S) n0

т.е. н.с. обмотки ротора вращается в пространстве с синхронной частотой вращения независимо от частоты вращения ротора.

Таким образом, в асинхронном двигателе действуют две намагничивающие силы - статора и ротора, которые вращаются

синхронно и образуют единое результирующее магнитное поле машины.

1.2Устройство асинхронных двигателей

По своему устройству асинхронные двигатели разделяют на два типа, отличающиеся друг от друга лишь конструкцией ротора: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигателем с фазным ротором, которые называют также двигателями с контактными кольцами.

Статор асинхронного двигателя состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Корпус статора служит для крепления сердечника с обмоткой и подшипниковых щитов. В небольших двигателях корпус отливают из алюминиевого сплава, стали или чугуна, в крупных машинах – делают сварным.

Сердечник статора собирают из листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, которые до сборки покрывают с

внутренней поверхности сердечника статора имеются пазы, в которых уложена активные стороны трехфазной обмотки статора.

Обычно к зажимам выводов присоединяют все шесть концов трехфазной обмотки. Это дает возможность применять одни

ите же двигатели на различные напряжения сети, находящиеся в отношении при этом соединении звездой соответствует высшие напряжение. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжение 220/380 В, то при напряжении 380 В обмотки статора следует соединить звездой, а при напряжении 220 В - треугольником. В обоих случаях фазное напряжение останется равным 220В. Для упрощения указанных переключений зажимы обмоток располагают в определенном порядке.

Ротор асинхронного двигателя состоит из вала, сердечника

иобмотки. Сердечник ротора имеет цилиндрическую форму, его собирают из листов электротехнической стали. В двигателях с

короткозамкнутым ротором обмотка ротора представляет собой ряд медных или алюминиевых стержней, расположенных в пазах сердечника ротора и замкнутых по торцам кольцами. В двигателях мощностью до 100 кВт обмотку ротора выполняют заливкой пазов расплавленным алюминием под давлением. При этом одновременно отливают и замыкающие кольца вместе с вентиляционными крыльями. В этом случае для упрощения процесса заливки алюминия пазы ротора обычно делают закрытыми круглой или овальной формы.

Двигатель с фазным ротором помимо указанных выше частей имеет на валу три контактных кольца, изолированных от вала и друг от друга.

2.Рабочий процесс асинхронной машины

2.1Э.д.с., наводимые в обмотках асинхронного двигате-

ля

Как следует из принципа работы асинхронного двигателя, обмотка ротора не имеет электрической связи с обмоткой статора. Между этими обмотками существует только магнитная связь, и энергия из одной обмотки передается в другую посредством магнитного поля. В этом отношении асинхронная машина аналогична трансформатору, в котором обмотка статора является первичной, а обмотка ротора - вторичной.

Э.д.с., наводимые в обмотке статора. Основной магнитный поток Ф , вращающийся с частотой n0 , наводит в неподвижной

обмотке статора э.д.с. E1, величина которой определяется выра-

жением E1 4,44W1f1Ф.

Магнитный поток рассеяния статора Ф 1 наводит в обмотке

статора э.д.с. рассеяния, величина которой определяется индуктивным падением напряжения в обмотке статора:

где x1 - индуктивное сопротивление рассеяния одной фазы об-

мотки статора.

Кроме того, в обмотке статора имеет место падения напряжения в активном сопротивлении:

где r1 - активное сопротивление одной фазы обмотки статора.

Таким образом, напряжение сети U1, подведенное к обмот-

ке статора, уравновешивается суммой э.д.с., наведенных в этой обмотке:

Выражение 2.3 представляет собой уравнение э.д.с. обмотки статора асинхронного двигателя.

Э.д.с., наводимые в обмотке ротора. В процессе работы двигателя ротор вращается в сторону вращения магнитного поля статора с частотой n .Поэтому частота вращения поля статора относительно ротора разности частот n0 n. Основной магнит-

ный поток Ф , обгоняя ротор со скоростью n0 n, индуктирует в обмотке ротора э.д.с.

где f2 - частота э.д.с. E2 ; W2 - число последовательно соеди-

ненных витков одной фазы обмотки ротора; Kоб2 - обмоточный коэффициент обмотки ротора.

Здесь E2 - э.д.с., наведенная в обмотке ротора при сколь-

жении S 1, т.е. при неподвижном роторе.

Поток рассеяния ротора Ф 2 индуктирует в обмотке ротора

э.д.с. рассеяния, величина которой определяется индуктивным падением напряжения в этой обмотке:

где x2 - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки при не-

подвижном роторе (S 1).

Так как в процессе работы двигателя обмотка ротора замкнута накоротко, то сумма э.д.с. в цепи ротора равна нулю, т.е.

где r2 - активное сопротивление цепи ротора.

Разделив все члены равенства (2.7) на S , получим уравнение э.д.с. для обмотки ротора

2.2 Уравнения намагничивающих сил и токов асинхронного двигателя

Основной магнитный поток Ф в асинхронном двигателе создается действием н.с. обмоток статора F1 и ротора F2 :

где Rм - магнитное сопротивление магнитной системы двигателя потоку Ф : F0 - результирующая н.с. асинхронного двигателя, численно равная н.с. обмотки статора в режиме х.х.

I0 - ток в обмотке статора в режиме х.х.

Намагничивающие силы обмоток статора и ротора в режиме нагруженного двигателя:

где m2 - число фаз в обмотке ротора; Kоб2 - обмоточный коэф-

фициент обмотки ротора.

При изменениях нагрузки на валу двигателя меняются токи I1 и I2 , что вызывает соответствующие изменения намагничивающих сил обмоток статора и ротора. Но основной магнитный поток Ф при этом сохраняется неизменным, так как напряжение, подведенное к обмотке статора, неизменно (U1 const ) и почти полностью уравновешивается э.д.с. обмотки статора:

Но поскольку э.д.с. E1 пропорциональная основному потоку

Ф , то последний при изменениях нагрузки остается неизменным. Этим и объясняется то, что, несмотря на изменения н.с. F1 и F2 , результирующая н.с. остается неизменной, т.е. F0 F1 F2 const .

Подставив вместо F1,F2,F0 их значения, получим

Величина I2 1 I2 представляет собой ток ротора, приве-

Ki

денный к обмотке статора.

Преобразовав уравнение (2,14), получим выражение тока статора

из которого следует, что ток статора асинхронного двигателя имеет две составляющие: I0 - намагничивающую и I2 - состав-

ляющую, которая компенсирует размагничивающее действие тока ротора.

Следовательно, ток ротора I2 оказывает на магнитную сис-

тему двигателя такое же размагничивающее влияние, как и ток вторичной обмотки трансформатора. Следовательно, любое изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением тока в обмотке статора I1, так как изменение

нагрузки на валу двигателя вызывает изменение скольжения S . Это в свою очередь влияет на э.д.с. обмотки ротора, а следовательно, и на величину тока ротора. Но так как этот ток оказывает размагничивающее влияние на магнитную цепь двигателя, то его изменения вызывают соответствующие изменения тока в цепи статора I1, за счет составляющей I2 . Так, в режиме х.х., когда на-

грузка на валу двигателя отсутствует и S 0 , ток I2 0. В этом случае ток в обмотке статора I1 I0 . Если же ротор затормозить, не отключая обмотки статора от сети, (режим короткого замыкания), то скольжение S 1 и э.д.с. обмотки ротора E2s достигнет своего наибольшего значения E2 . Также наибольшего значения достигнут ток I2 , а следовательно, и ток в обмотке статора I1 .

Гл. 2 Рабочий процесс асинхронной машины 151

2.3 Приведение параметров обмотки ротора к обмотке статора

Чтобы векторы величин обмоток статора и ротора можно было изобразить на одной векторной диаграмме, параметры обмотки ротора приводят к обмотке статора. При этом обмотку ротора с числом фаз m2 обмоточным коэффициентом Kоб2 и чис-

лом витков фазы W2 заменяют обмоткой m1 Kоб1 и W1. При та-

кой замене у приведенного ротора мощности и углы фазных сдвигов векторов должны остаться такими же, что и до приведения.

Пересчет реальных параметров обмотки ротора на приведенные ведется по последующим формулам: приведенная э.д.с. ротора при S 1

хронной машины.

В отличие от трансформатора в асинхронных двигателях коэффициент Ku Ki , так как в общем случае число фаз в обмот-

ке статора m1 и в обмотке ротора m2 неодинаково; лишь в дви-

гателях с фазным ротором, у которых m1 m2 , эти коэффициен-

ты равны.

Активное и индуктивное приведенные сопротивления обмотки ротора:

Следует обратить внимание на некоторую специфику определения m2 и W2 в короткозамкнутой обмотке ротора. Каждый стержень этой обмотки можно рассматривать как фазную обмотку. Поэтому число витков одной фазы обмотки ротора W2 0,5;