ответы_элМашины_шпоры

Билет 1

1 Условия самовозбуждения генератора постоянного тока параллельного возбуждения.

В генераторах с самовозбуждением, а к ним относится и генератор параллельного возбуждения, обмотки возбуждения получают питание непосредственно от якоря самого генератора, при этом посторонний источник питания им не требуется.

Самовозбуждение генератора возможно при выполнении трех условий:

• наличие потока остаточного намагничивания полюсов Фост;

• согласное направление магнитного потока остаточного намагничивания и магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения генератора;

• сопротивление цепи возбуждения rв должно быть ниже некоторого критического значения, а частота вращения должна быть не ниже номинального значения.

2. Внешние характеристики синхронных генераторов.

Внешняя характеристика показывает, как изменяется напряжение на генераторе при изменении тока нагрузки при постоянной частоте вращения, а также при неизменных коэффициенте мощности и токе возбуждения снятые при неизменном токе возбуждения Iв = const (U = f(Iа) при Iв, n, cos = const.)

С увеличением нагрузки, подключенной к генератору, возрастает ток якоря Iя. Это приводит к увеличению падения напряжения в обмотке якоря. Тогда из основного уравнения генератора U = E – Iя · Rя, следует, что напряжение на выходе генератора будет уменьшаться вследствие:

- изменения напряжения на обмотке якоря Iя · Rя ;

- изменения ЭДС Е из-за реакции якоря, зависящей от характера нагрузки.

При подключении различной по характеру нагрузки (R, L, С) внешняя характеристика различна. Это обуславливается влияние тока якоря на магнитное поле генератора. Используя закон электромагнитной индукции и известные фазовые соотношения (ток на индуктивности отстает от напряжения на угол 90⁰, а на емкости опережает напряжение на такой же угол) можно увидеть, что при подключении емкости ток нагрузки (якоря) подмагничивает генератор (благодаря продольно – намагничивающей реакции якоря).

При индуктивной нагрузке, ток якоря наиболее сильно размагничивает генератор (сильно сказывается влияние продольно – размагничивающей реакции якоря). При активной нагрузке при увеличении тока нагрузки Iа напряжение на выходе генератора уменьшается вследствие падения напряжения на внутреннем сопротивлении машины za=ra+jxa и влияния поперечной реакции якоря. При емкостной нагрузке реакция якоря подмагничивающая, поэтому с ростом нагрузки растет напряжение на выводах генератора.

3. Способы управления исполнительными асинхронными двигателями.

Частота вращения асинхронного двигателя . Следовательно, регулирование частоты вращения возможно тремя способами: изменением частоты f, числа полюсов р и скольжения S.

1. Частотное регулирование

Двигатель питается от преобразователя частоты. Для получения требуемой характеристики двигателя следует изменять не только частоту напряжения, но и значение напряжения.

2. Изменение числа пар полюсов

3. Изменение питающего напряжения

4. Изменение активного сопротивления цепи ротора

Билет 2

1.Внешние характеристики генераторов постоянного тока.

Это зависимость напряжение на выходе генератора от тока нагрузки. U = f(Iа) при Iв = const и n = const

Показывает влияние изменения нагрузки на напряжение генератора.

Внешние характеристики генераторов: 1 – с независимым возбуждением; 2 – с параллельным; 3 – с последовательным; 4 – со смешанным включением при согласном включении обмоток; 5 – то же при встречном включении обмоток.

В генераторах с параллельным возбуждением снижение напряжения при увеличении нагрузки обусловлено тремя причинами: падением напряжения в обмотке якоря, реакцией якоря и уменьшением тока возбуждения от первых двух причин (IВ=U/RВ).

Поэтому внешняя характеристика генераторов с параллельным возбуждением более крутая по сравнению с характеристиками генераторов независимого и смешанного возбуждения

В генераторах со смешанным возбуждением основной является параллельная обмотка, а вспомогательной - последовательная  генераторах со смешанным возбуждением основной является параллельная обмотка, а вспомогательной - последовательная. Соединение последовательной обмотки может быть: согласным, что позволяет получить увеличение магнитного потока при росте тока нагрузки, а, следовательно, стабилизировать напряжение (рис.8.10, кривая 4); встречным, когда магнитные потоки параллельной и последовательной катушек на каждом полюсе направлены навстречу друг другу. При встречном включении обмоток напряжение генератора при нагрузке резко падает (рис.8.10, кривая 5) и одновременно обеспе­чивается постоянство тока. Поэтому такие генераторы, используются для выполнения высококачественной, электродуговой сварки, т. е. когда необходимо получить крутопадающую внешнюю характеристику.

2.Условия включения трансформаторов на параллельную работу.

Параллельная работа подразумевает обязательные и, несомненно, важные условия параллельной работы трансформаторов, всего существует 5 условий.

Самое важное условие параллельной работы – с фазированность трансформаторов, в противном случае произойдет короткое замыкание. Напряжения на первичных и вторичных обмотках обоих трансформаторов должны иметь равное значение. Напряжение трансформаторов должно соответствовать классу изоляции. Из этого следует, что коэффициенты трансформации (Ктр) также должны быть равными, их различие не должно быть выше +-0.5%.. разница Ктр или даже несовпадение состояния РПН или ПБВ соответствующего положения отпаек, способствует возникновению результирующего напряжения, которое появляется во вторичной обмотке.

Напряжения короткого замыкания обоих трансформаторов должны быть также равны, это требование вытекает из того, что чем выше напряжение к.з. тем выше значение сопротивления обмотки, а значит, трансформатор с малым значением напряжения (Uк.з.) будет работать с постоянным перегрузом из-за потребления высокой нагрузки, максимальная разница в отношении Uк.з не должна превышать 10%.

Напряжение короткого замыкания uк — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному.

Напряжение КЗ определяют по падению напряжения в трансформаторе, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

Группы соединений обмоток должны соответствовать друг другу и быть одинаковыми( несколько схем соединения обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений трансформатора, имеющих одинаковый сдвиг фаз между векторами этих напряжений. ). Разные группы соединений влекут сдвиг фазы, что способствует возникновению уравнительных токов.

Мощность обоих трансформаторов не должна быть различной более чем в 3 раза, если это условие не выдержано трансформатор с меньшей мощностью будет перегружен.

3. Угловые характеристики синхронных машин.

Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость электромагнитной мощности от угла нагрузки Рэл. = f(Θ) при постоянных токе возбуждения, напряжении и частоте сети (Iв = const, Uc = const, fc = const).

1 – Основная составляющая эл.маг момента

2 – Реактивная составляющая момента

3 – Результирующий момент

Угловая характеристика позволяет проанализировать процессы в двигателе при изменении нагрузки на валу ротора.

Как видно из результирующей угловой характеристики (гра­фик 3), при увеличении нагрузки синхронной машины до значе­ний, соответствующих углу  ≤, синхрон­ная машина работает устойчиво. Объясняется это тем, что при ≤ , рост нагрузки генерато­ра (увеличение ) со­провождается увеличе­нием электромагнитно­го момента. При нагрузке, соответствующей углу  >, электромагнит­ный момент Mя, уменьшается, что ведет к нарушению равенства вращающего и противодействующих моментов. При этом избы­точная (неуравновешенная) часть вращающего момента первично­го двигателя вызывает увеличение частоты вращения ротора, что ведет к нарушению условий синхронизации (машина выходит из синхронизма).

Таким образом, область 0 <  < 90° -область устойчивой работы, область 90° <  < 180° - неустойчивой работы.

-неявнополюсный -явнополюсная

Момент прямо-пропорционален мощности: ω1-синх скорость генератора

Билет 3 1.Объяснить назначение дополнительных полюсов и компенсационной обмотки в машинах постоянного тока.(???)

Якорь, находящийся под напряжением, создаёт своё магнитное поле. Главные полюса также создают своё магнитное поле, равномерно распределённое по якорю. В результате взаимодействия двух полей магнитное поле главных полюсов искажается, действие магнитного поля якоря на поле полюсов называется реакцией якоря. Поле якоря, действуя на магнитное поле полюсов, приводит: к искажению поля машины (образуется разность потенциалов между коллекторными пластинами, что приводит к появлению искрения) и необходимости сдвига щеток в сторону вращения якоря во избежание сильного искрообразования. Дополнительные полюса предназначены для компенсации реакции якоря, путём выравнивания магнитного потока главных полюсов. Компенсационные обмотки применяют для компенсации действия реакции якоря в машинах большой мощности. Кроме того, компенсационная обмотка, нейтрализуя искажающее влияние реакции якоря, позволяет получить более равномерное распределение магнитного потока под главным полюсом. Применение компенсационной обмотки благоприятно и в конструкционном плане. Применение ее позволяет уменьшить число витков как главных, так и добавочных полюсов, а значит сократить количество меди, затрачиваемой на машину. Обмотка выполняется из прямоугольного провода

2.Построить векторные диаграммы трансформатора при работе на чисто активную и активно- индуктивную нагрузку.

Для их построения используется электрическая схема замещения приведенного трансформатора и основные уравнения напряжений и токов. Векторные диаграммы наглядно показывают соотношения и фазовые сдвиги между токами, ЭДС, напряжениями трансформатора.

Сопоставляя обе диаграммы, можно заключить, что при U1=const и φ2=const  увеличение активно-индуктивной нагрузки вызывает снижение напряжения U2’ , а при увеличении активно-емкостной нагрузки напряжение U2’ возрастает. Это объясняется тем, что при активно-индуктивной нагрузке происходит некоторое размагничивание трансформатора (поток Ф уменьшается, так как ток I2’ имеет составляющую, направленную навстречу току )

3 Способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Привести соответствующие механические характеристики при различных способах регулирования частоты вращения ротора.

Частота вращения асинхронного двигателя . Следовательно, регулирование частоты вращения возможно тремя способами: изменением частоты f, числа полюсов р и скольжения S.

1. Частотное регулирование

Двигатель питается от преобразователя частоты. Для получения требуемой характеристики двигателя следует изменять не только частоту напряжения, но и значение напряжения.

2. Изменение числа пар полюсов двигателя осуществляется изменением схемы соединения обмотки статора с помощью переключателя асинхронного двигателя.

3. Изменение питающего напряжения

4. Изменение активного сопротивления цепи ротора

Билетт 4 1. Основные элементы конструкции машины постоянного тока.

Машина постоянного тока состоит из двух основных частей:

неподвижной части, предназначенной в основном для создания магнитного потока; вращающейся части, которая называется якорем и в которой происходит процесс преобразования механической энергии в электрическую (электрический генератор) или обратно – электрической энергии в механическую (электродвигатель). Неподвижная и вращающаяся части отделяются друг от друга зазором.

Якорь 7 представляет собой цилиндрическое тело, вращающееся в между полюсами, и состоит из зубчатого сердечника; уложенной на нем обмотки; коллектора и щеточного аппарата. В щеткодержателях 5 находятся щетки 6, обеспечивающие при вращении скользящий контакт с коллектором. На вал 2 двигателя напрессованы вентилятор и балансировочное кольцо. Коллектор набирают из медных пластин, изолированных друг от друга и от корпуса 3. Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях). На нажимные фланцы 4 надевают прессованные миканитовые манжеты 5. Нажимные фланцы изолированы друг от друга миканитовыми прокладками 2, которые стягивают кольцевой гайкой 6. Секции обмотки якоря припаивают к петушкам 7.

Основной полюс состоит из набираемого на шпильках сердечника 5 из листовой электротехнической стали толщиной 1 мм. Со стороны обращенной к якорю, сердечник имеет полюсный наконечник 6, служащий для облегчения проведения магнитного потока через воздушный зазор. На сердечник полюса надевают катушку обмотки возбуждения 1, по которой проходит постоянный ток. Катушка наматывается на каркас 2. Крепление полюсов к станине 4 производится при помощи специальных болтов 3.

2. Классификация магнитных систем трансформаторов.

В зависимости от конфигурации магнитной системы, трансформаторы подразделяют на стержневые (рис. 1.3, а), броневые (рис.1.3, б) и тороидальные (рис. 1.3, в):

• Стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки. Часть магнитопровода, на которой обмотки отсутствуют, называют ярмом. Трансформаторы большой и средней мощности обычно выполняют стержневыми. Они имеют лучшие условия охлаждения и меньшую массу, чем броневые. При такой конструкции, вертикальный стержень имеет ступенчатое сечение, которое вписывается в окружность. На этих вертикальных элементах в виде цилиндра располагают обмотки магнитопровода. Части всей этой конструкции, которые не имеют обмоток и предназначены для образования замкнутой цепи, называются ярмами

• Ш-образной формы. Обмотки находятся на центральном стержне. Броневые трансформаторы сложнее в производстве. И ремонтировать обмотки в них не так просто, как в стержневых. Трансформаторы малой мощности и микротрансформаторы часто выполняют броневыми, так как они имеют более низкую стоимость по сравнению со стержневыми трансформаторами из-за меньшего числа катушек и упрощения сборки и изготовления.

• Тороидальный сердечник имеет вид кольца с сечением прямоугольной формы. Обмотки наматываются прямо на него. Поэтому этот тип сердечников считается самым энергетически эффективным.Преимущество тороидальных трансформаторов отсутствие в магнитной системе воздушных зазоров, что значительно уменьшает магнитное сопротивление магнитопровода.

Также (в зависимости от взаимосвязи потоков различных фаз) магнитные системы разделяют как:

• Независимая;

• Частично-связанная;

• Связанная магнитная система.

3. Работа асинхронной машины при неподвижном и вращающемся роторе. Зависимость частоты ЭДС и тока ротора от скольжения.(???)

Электромагнитные процессы в асинхронном двигателе с заторможенным ротором аналогичны процессам, происходящим в трансформаторе. Если к обмотке статора подвести напряжение сети U1, а обмотку ротора разомкнуть (например, в двигателе с фазным ротором с помощью подъема щеток), то вращающееся поле статора, пересекая обмотки статора и ротора, индуктирует в них фазные ЭДС Е1 и Е2:

Е1 = 4,44f1w1kоб1Фm ; (2-4) Е2 = 4,44f1w2kоб2Фm , (2-5) где f1 – частота тока сети; w1, w2 – числа витков фазных обмоток статора и ротора; kоб1, kоб2 – обмоточные коэффициенты соответствующих обмоток; Фm – амплитудное значение основного магнитного потока.

В статорной обмотке при переходе от неподвижного ротора к подвижному практически ничего не меняется, если U1 = const и f1 = const. В роторной же обмотке изменяется частота ЭДС из-за возникновения скольжения. Таким образом, частота ЭДС (тока), наводимая вращающимся полем в роторе, равна частоте сети, умноженной на скольжение. В двигателе с фазным ротором активное сопротивление обмотки ротора может изменяться за счет включения регулировочных реостатов. Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора определяется по известной формуле х2 = od<>L> =2п1Ц и зависит от скольжения. Действительно, Е2s=E2*S

Величина о>,Л2 представляет собой индуктивное сопротивление обмотки неподвижного ротора л*2н, следовательно, На основании закона Ома для цепи переменного тока можно написатьЗдесь Е2 и х2 меняются при изменении скорости вращения двигателя. Целесообразно выразить ток /2 через неизменные величины и скольжение:

Отсюда очевидно, что ток в обмотке неподвижного ротора (5=1) имеет наибольшее значение:

По мере раскручивания ротора скольжение уменьшается, стремясь к нулю, ток в роторе также уменьшается и при синхронной скорости становится равным нулю:

В статорной обмотке при переходе от неподвижного ротора к подвижному практически ничего не меняется, если U1 = const и f1 = const. В роторной же обмотке изменяется частота ЭДС из-за возникновения скольжения. Таким образом, частота ЭДС (тока), наводимая вращающимся полем в роторе, равна частоте сети, умноженной на скольжение.

При работе асинхронной машины двигателем частота f2S обычно весьма невелика; если, например,f1= 50 Гц, а скольжениеsHпри номинальной нагрузке составляет 1–4 %

Билет 5

1.ЭДС обмотки якоря. Принцип индуцированния ЭДС.

При вращении якоря генератора или двигателя в магнитном поле в его обмотке будет наводиться э. д. с. Если МПТ подключить к источнику постоянного U, то в обмотке возбуждения и в обмотке якоря появятся токи. Взаимодействие тока якоря с полем позбуждения создаст на якоре эл/магн момент. Под действием этого момента машина начтет вращяться, в процессе работы якорь вращается в магнитном поле. Поэтому в обмотке якоря индуцируется ЭДС Она наводится в обмотке якоря основным магнитным потоком. Магнитная индукция в различных точках на окружности якоря имеет разные значения, следовательно, различны и э. д. с, наводимые в отдельных проводах обмотки якоря. Электродвижущая сила машины, равная сумме э. д. с, наводимых в проводах любой из параллельных ветвей обмотки якоря, может быть определена через среднее значение э. д. с. провода, умноженное на число проводов ветви. ЭДС якоря – это ЭДС одной параллельной ветви обмотки, которая равна сумме ЭДС, индуцируемых в составляющих её проводниках.

(8.6) Из выражения (8.6) следует, что ЭДС якоря Eя пропорциональна основному магнитному потоку и скорости вращения n и не зависит от формы кривой распределения индукции в воздушном зазоре. Как следует из выражения (8.6), электродвижущую силу якоря можно регулировать посредством изменения магнитного потока Ф или посредством изменения частоты вращения якоря n.

2.Характеристики электротехнической стали, которые применяются для изготовления сердечников трансформаторов.

Электротехническая сталь – это разновидность черного металла с улучшенными электромагнитными свойствами. Добиться этого удается внедрением кремния. Таким образом, как металл, электротехническая сталь представляет собой сплав железа с кремнием, содержание которого составляет 0.8 – 4.8%.

Ценность легированного кремнием железа обусловлена его улучшенными электромагнитными характеристиками: высокий уровень индукции насыщения (магнитная проницаемость), минимизация потерь на гистерезис (Затраченная энергия выделяемая в железе в виде тепла и представляет потери на перемагничивание (узкой петлей)), а также пониженная коэрцитивной сила (стойкость к размагничиванию под действием внешнего магнитного поля) и с возможно более высоким удельным электрическим сопротивлением для снижения потерь на нагрев сердечника вследствие эффекта вихревых токов.

3. Ток статора асинхронной машины при пуске. Зависимость тока от скольжения.(???)

При включении рубильника в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора максимальный. Ток в статорной обмотке асинхронного двигателя, работающего под нагрузкой, равен геометрической сумме тока холостого хода и приведенного тока ротора . Увеличение нагрузки на двигатель вызывает увеличение приведенного значения тока статора, но их геометрическая сумма (равная току холостого хода) остается неизменной. По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока kI = IП / I1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности. Е2 = 4,44f1w2kоб2Фm Е2s=E2*S

Билет 6

1. Способы уменьшения пульсаций ЭДС якоря.

1) В машинах любой мощности увеличивают воздушный зазор между якорем и краями полюсов. В этом случае магнитный поток смещается к центру полюсов.

2) В машинах средней и большой мощности установка дополнительных полюсов. Они создают магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку якоря.

3) В машинах большой мощности установка компенсационной обмотки в специальных пазах главных полюсов машины (на электропоездах ТЭД средней мощности - компенсационной обмотки нет). При этом компенсационная обмотка создаёт магнитное поле направленное встречно магнитному полю якоря. Для автоматической компенсации реакции якоря катушки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки соединяют всегда последовательно с обмоткой якоря (как правило, внутри самой электромашины).

2. Внешние характеристики трансформатора при различном характере нагрузки.(???)

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2 от тока во вторичной обмотке I2 (U2 = f(I2 I2)) при U1 = const , т.е. внешняя характеристика показывает, как изменяется напряжение на выходе трансформатора U2 при различных нагрузках

При активно-емкостной нагрузке реактивная мощность для создания поля трансформатора может забираться от нагрузки. При увеличении емкости в нагрузке реактивная мощность расходуется на создание поля в трансформаторе, и избыток ее отдается в первичную сеть. При этом растет ЭДС Е1=Е2, что приводит к перевозбуждению трансформатора, т.е. к возрастанию потока и увеличению на напряжения.

Активная загрузка – теоретическая модель, которая на практике не встречается. При увеличении этого вида нагрузки вольтаж на выходе из вторичной намотки снижается, φ2 = 0.

Для индуктивной загрузки характерно отставание тока от увеличения вольт, требующее использования реактивной мощности. Если увеличивается индуктивная нагрузка трансформатора, вторичное напряжение снижается из-за размагничивания намоток, его абсолютное значение меньше электродвижущей силы на φ2, причем φ2>0.

3. Режимы работы асинхронной машины при скольжениях S = 0; S = 1; S = 2.

Двигательный режим

Разгону двигателя предшествует его пуск. При пуске трехфазная обмотка статора подключается к сети. Протекающий ток создает вращающееся магнитное поле, оно вращается с частотой n1, но ротор в силу инерционности небольшой момент времени остается неподвижным, n2 = 0, тогда при пуске Sпуск= (n1-n2)/n1=1

По мере разгона частота вращения ротора n2 будет расти, а скольжение S уменьшаться. При помощи постороннего двигателя частота вращения ротора машины может быть увеличена до скорости вращения магнитного поля, т. е. n2 = n1

При этом скольжение. В этом случае ротор и поле будут взаимно неподвижны, а токи в роторе и электромагнитные силы исчезнут. Такой режим называют идеальным холостым ходом асинхронной машины.

Генераторный режим. Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного дви­гателя ПД (двигатель внутреннего сгорания, турбина и т. п.), яв­ляющегося источником механической энергии, вращать в направ­лении вращения магнитного поля статора с частотой n2> n1, то направление движения ротора относительно поля статора изме­нится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы пой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя М1  .Режим торможения противовключением. Если у работаю­щего трехфазного асинхронного двигателя поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем правлении. Другими словами, ротор и поле статора асинхронной машины будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие. Этот режим работы асинхронной машиины называется электромагнитным торможением противовключением. Активная мощность, поступающая из сети в машину при этом режиме, частично затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т. е. на его торможение. В режиме электромагнитного торможения частота вращения ротора является отрицательной, а поэтому скольжение приобрета­ет положительные значения больше единицы:s = [n1 - (- n2)] / n1 = (n1 + n2)/n1 >1.Скольжение асинхронной машины в режиме торможения противовключением может изменяться в диапазоне 1 < s < + ∞ , т. е. оно может принимать любые положительные значения больше единицы.

Билет 7

1. Реакция якоря в машинах постоянного тока и ее влияние на характеристики машины.(???)

Под реакцией якоря понимают явление воздействия магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов.

При холостом ходе генератора магнитное поле машины образовано только главными полюсами. Оно симметрично относительно оси полюсов и его ось совпадает с осью полюсов. Когда генератор работает с нагрузкой, по обмотке якоря протекает ток, который создает свое магнитное поле, называемое полем якоря. При работе генератора с нагрузкой поле якоря накла­дывается на поле полюсов. В генераторе создаётся результирующее поле, повернутое по направлению вращения якоря на некоторый угол Y относительно поля главных полюсов. Реакция якоря искажает магнитное поле машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.

В результате реакции якоря магнитная индукция в зазоре машины становится еще более неравномерной. В проводниках якоря, находящихся в точках повышенной магнитной индукции, индуцируется большая э. д. с, что приводит к увеличению разности потенциалов между соседними пластинами коллектора и к возникновению искрения на коллекторе. Другой существенный недостаток, вызванный реакцией якоря, это возможность образования в машине кругового огня из-за пиков индукции результирующего магнитного поля под краями полюсов. Кроме того, реакция якоря приводит к уменьшению э. д. с. якоря.

2. Параллельная работа трансформаторов. Распределение нагрузки по трансформаторам.

Параллельная работа трансформаторов – подключение трансформаторов на совместную работу, при таком подключении соединяются между собой одноименные выводы обмоток со стороны высокого напряжения и выводы обмотки сторон низкого напряжения.

Распределение нагрузок S1 и S2 между параллельно работающими трансформаторами подчинено уравнению S1 / S2 = (S1ном / S2ном) х (Uк2* / Uк1*), где S1ном, S2ном - номинальные мощности, Uк1*, Uк2* - напряжение короткого замыкания трансформаторов, включаемых на параллельную работу.

Равномерность распределения нагрузки обеспечивается в том случае, если трансформаторы имеют: одинаковые группы соединения обмоток  (несколько схем соединения обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений трансформатора, имеющих одинаковый сдвиг фаз между векторами этих напряжений); равные коэффициенты трансформации; равные напряжения короткого замыкания. Если первые два условия соблюдены, то вторичные ЭДС параллельно включенных трансформаторов будут равны по величине и по фазе и поэтому будут уравновешивать друг друга. В противном случае уже на холостом ходу возникает уравнительный ток (ток возник из-за разности потенциалов). Этот ток, складываясь с током нагрузки, вызывает неравномерное распределение нагрузки, а также дополнительные потери и нагрев трансформаторов. При большой разнице ЭДС ток  может быть опасным для трансформаторов. Соблюдение третьего условия обеспечивает равномерное распределение токов между трансформаторами при нагрузке. Нагрузка между трансформаторами распределяется прямо пропорционально их мощностям и обратно пропорционально Uк. В общем случае неравенство Uк приводит к недогрузке одного трансформатора и перегрузке другого. Таким образом, при включении на параллельную работу трансформаторов с различными Uк трансформатор с меньшим Uк примет на себя большую нагрузку. Поэтому допускается отклонение Uк не более чем ±10 %, а отношение мощностей не более 1:3. Некоторое перераспределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами с различными напряжениями короткого замыкания осуществляют изменением их коэффициентов трансформации путем переключения ответвлений первичных обмоток. Переключение необходимо выполнять так, чтобы у недогруженных трансформаторов вторичное напряжение при холостом ходе было выше, чем у трансформаторов, работающих с перегрузкой.Для определения нагрузки трансформаторов напряжения короткого замыкания всех параллельно работающих трансформаторов должны быть приведены к одной мощности, например, к мощности первого трансформатора:

3. Зависимость синхронной скорости асинхронной машины от момента на валу, напряжения статора, числа пар полюсов.(???)

Синхронной называют скорость ротора асинхронного двигателя n , равную скорости вращения магнитного поля обмотки статора n . Синхронную скорость выражают в единицах частоты вращения «n», об/мин, или угловой частоты «ω», рад/с ( или с -1 ) при помощи таких формул:

n  =  и ω  = .В обеих формулах: f = 50 Гц - частота переменного тока; р - число пар электромагнитных полюсов обмотки статора электродвигателя. Скорость вращения асинхронного двигателя никогда не может достигнуть синхронной скорости ( поэтому и название его асинхронный), так как в этом случае магнитный поток статора был бы неподвижен относительно ротора и вращающий момент был бы равен нулю. Скорость вращения асинхронных двигателей зависит от механической нагрузки двигателя: чем больше он нагружен, тем больше вращение его ротора будет отставать от вращения магнитного поля. Вращающий момент в асинхронном двигателе создается взаимодействием тока ротора с магнитным полем машины. Вращающий момент математически можно выразить через электромагнитную мощность машины: где w1=2pn1/60 — угловая частота вращения поля. В свою очередь, n1=f160/Р, тогда.Подставим в формулу M1 выражение Рэм=Рэ2/S и, разделив на 9,81, получим: .Скорость вращения асинхронных двигателей зависит от числа полюсов обмотки статора: чем больше полюсов имеет обмотка статора, тем меньше скорость вращения двигателя. С изменением момента на валу синхронная скорость АД не изменяется. С увеличением числа пар полюсов синхронная скорость уменьшается n1=60*f1/p изменение напряжения никак не влияет на синхронную скорость АД

Билет 8

1. Виды коммутации. Способы улучшения коммутации машины постоянного тока.

Под коммутацией в машинах постоянного тока понимают явления, вызванные изменением направления тока в проводниках обмотки якоря при переходе их из одной параллельной ветви в другую.

По характеру зависимости тока секции от времени в процессе коммутации различают линейную, замедленную  и ускоренную коммутации 

• При линейной коммутации плотность тока по всей скользящей поверхности щетки одинакова и скорость изменения тока постоянна. Линейная коммутация возможна, когда сумма коммутирующих и реактивных ЭДС секции равна нулю. При линейной коммутации искрение под щетками минимальное, из-за одинаковой плотности тока на поверхности щеточного  контакта

• При замедленной коммутации, вначале процесса скорость изменения тока мала, а в конце коммутации велика.(кривая 2 рис.69) Плотность тока больше под сбегающим краем щетки. Из-за большой неравномерной плотности тока под сбегающим краем щетки происходит неравномерный нагрев поверхности и неравномерное распределение потенциалов, вызывающие искрение.

• При ускоренной коммутации скорость изменения тока вначале коммутации больше, чем в конце. Плотность тока меньше  под сбегающим краем щетки Ускоренная, когда плотность тока J под набегающим краем щетки больше, чем под сбегающим. Щетка искрит. Ускоренная коммутация возможна тогда, когда коммутирующие ЭДС секции больше реактивных ЭДС. 

Способы улучшения коммутации:

1. уменьшение реактивной э.д.с.:

• за счёт уменьшения индуктивности секции; для этого уменьшают число витков (делают одновитковыми);

• пазы якоря делают открытыми и не очень глубокими (не более 4,5-5,5 мм),

• уменьшают ширину щётки (в тяговых двигателях и генераторах щётка перекрывает 3,5-4,5 коллекторных пластины);

2. компенсацией реактивной э.д.с. и э.д.с. вращения от потока якоря:

• применяют добавочные полюсы или  применение компенсирующей обмотки

• обмотку добавочного полюса размещают ближе к якорю;

• путём смещения щеток с геометрической нейтрали на физическую

3. уменьшение тока коммутации iк путем увеличения сопротивления цепи коммутирующей секции:

• переход от медных щёток к электрографитированным

• применение разрезных щёток.

2. Параллельная работа трансформаторов с различными группами соединения.(???)

Существует несколько групп соединений обмоток трансформатора. Каждая группа отличается своим углом сдвига фаз первичного и вторичного напряжений. Поэтому если включить два трансформатора с разными группами соединения обмоток на параллельную работу, то это приведет к возникновению разности потенциалов, вызывающая большие уравнительных токов в обмотках, которые приведут к выходу из строя трансформатора. У трансформаторов имеющих одинаковые группы соединения (несколько схем соединения обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений трансформатора, имеющих одинаковый сдвиг фаз между векторами этих напряжений. ) вторичные ЭДС совпадают по фазе. А у трансформаторов с различными группами соединения вторичные ЭДС могут быть равными по величине, однако они всегда сдвинуты по фазе. Поэтому даже при совершенно одинаковых коэффициентах трансформации во вторичных обмотках появится уравнительный ток. Параллельная работа трансформаторов с различными группами соединения недопустима ,т.к. уравнительный ток, загружая обмотки трансформаторов, увеличивает потери энергии в них и снижает суммарную мощность и может привести в выходу из строя трансформатора.

3. Максимальный момент и критическое скольжение асинхронного двигателя.

Механические характеристики асинхронных двигателей могут быть выражены в виде n=f(M) или n=f(I). Однако часто механические характеристики асинхронных двигателей выражаются в виде зависимости M = f(S), где S — скольжение, S = (nc-n)/nc, где nс — синхронная скорость. На практике для графического построения механической характеристики пользуются упрощенной формулой, называемой формулой Клосса:

Точка А соответствует максимальному моменту, который может развивать двигатель на всем диапазоне скоростей от n = 0 до n =nс. Этот момент носит название критического (или опрокидывающего) момента Мк. Критическому моменту соответствует и критическое скольжение Sк. Критическое скольжение определяют по формуле:

. Чем меньше величина критического скольжения Sк, а также величина номинального скольжения Sн, тем больше жесткость механической характеристики. Величина максимального значения момента определяется индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора и не зависит от величины сопротивления ротора.

Критическое скольжение определяется отношением сопротивления ротора к эквивалентному сопротивлению (обусловлено активным сопротивлением статора и индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора). Максимальный момент асинхронной машины в генераторном режиме больше, чем в двигательном.

Билет 9

1.Принцип обратимости электрических машин. Режимы работы машин постоянного тока.

Обратимость машин. При работе машины в генераторном режиме в результате взаимодействия проводников обмотки якоря, по которым протекает ток, с магнитным потоком полюсов возникает электромагнитная сила F (правило левой руки), препятствующая вращению якоря. Для преодоления этой силы к якорю генератора должна быть постоянно приложена внешняя сила. Если убрать внешнюю силу и, сохранив полярность полюсов, пропустить через обмотку якоря ток того же направления, то электромагнитная сила сохраняет свое направление. Под действием этой силы якорь будет вращаться в направлении, противоположном направлению вращения генератора — машина переходит в двигательный режим. Следовательно, каждая машина постоянного тока может работать в режиме, как генератора, так и двигателя. Это свойство электрических машин называется обратимостью.

Как и все электрические машины, машина постоянного тока обратима. Она работает в режим генератора, если ее якорь вращать первичным двигателем, главное магнитное поле возбуждено, а цепь якоря соединена через щетки с приемником. При таких условиях под действием э.д.с., индуктируемой в обмотке якоря, в замкнутой цепи «якорь – приемник» возникает ток совпадающий с э.д.с. по направлению. Взаимодействие тока якоря с главным магнитным полем создает на валу генератора тормозной момент, который преодолевается первичным двигателем. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

В двигательном режиме цепи якоря и возбуждение машины присоединены к источнику энергии. Взаимодействие тока якоря с главным магнитным полем создает вращающий момент. Под действием вращающего момента якорь преодолевает момент нагрузки на валу. Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую.

Э.д.с. якоря противодействует току в цепи якоря и направлена ему навстречу.

2. Схема замещения трансформатора.

На схеме  и   — активное сопротивление и сопротивление рассеяния первичной обмотки;  и  — приведенные активное сопротивление и сопротивление рассеяния вторичной обмотки;  и  — активное и реактивное сопротивление ветви холостого хода. Мощность потерь в сопротивлении  при токе  эквивалентна потерям в магнитопроводе, т.е.  – эквивалентное реактивное сопротивление. Падение напряжения на ветви холостого хода с комплексным сопротивлением  при токе  равно ЭДС  и трансформатора.

3. Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором.

Наличие контактных колец у двигателей с фазным ро­тором позволяет подключить к обмотке ротора пусковой реостат. Реостатный пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.

В процессе пуска двигателя ступени переключают таким образом, чтобы ток ротора оставался приблизительно неизменным, а среднее значение пускового момента было близко к наибольшему. Так, в начальный момент пуска (первая ступень реостата) пусковой момент равен Мп.maх. По мере разгона двигателя его момент уменьшается. Как только значение момента уменьшится до значения Мп.min рычаг реостата переводят на вторую ступень и сопротивление реостата уменьшается. Теперь зависимость М = f и пусковой момент двигателя вновь достигает Мп.mах. После того как электромагнитный момент двигателя уменьшится до значения, равного значению противодействующего момента на валу двигателя, частота вращения ротора достигнет установившегося значения и процесс пуска двигателя будет закончен. Таким образом, в течение всего процесса пуска значение пускового момента остается приблизительно постоянным, равным Мп.ср. Следует иметь в виду, что при слишком быстром переключении ступеней реостата пусковой ток может достигнуть недопустимо больших значений.

Билет 10

1.Внешние характеристики генераторов постоянного тока.

Это зависимость напряжение на выходе генератора от тока нагрузки. U = f(I) при Iв = const и n = const

Показывает влияние изменения нагрузки на напряжение генератора.

Внешние характеристики генераторов: 1 – с независимым возбуждением; 2 – с параллельным; 3 – с последовательным; 4 – со смешанным включением при согласном включении обмоток; 5 – то же при встречном включении обмоток.

В генераторах с параллельным возбуждением снижение напряжения при увеличении нагрузки обусловлено тремя причинами: падением напряжения в обмотке якоря, реакцией якоря и уменьшением тока возбуждения от первых двух причин (IВ=U/RВ).

Поэтому внешняя характеристика генераторов с параллельным возбуждением более крутая по сравнению с характеристиками генераторов независимого и смешанного возбуждения

В генераторах со смешанным возбуждением основной является параллельная обмотка, а вспомогательной - последовательная  генераторах со смешанным возбуждением основной является параллельная обмотка, а вспомогательной - последовательная. Соединение последовательной обмотки может быть: согласным, что позволяет получить увеличение магнитного потока при росте тока нагрузки, а, следовательно, стабилизировать напряжение (рис.8.10, кривая 4); встречным, когда магнитные потоки параллельной и последовательной катушек на каждом полюсе направлены навстречу друг другу. При встречном включении обмоток напряжение генератора при нагрузке резко падает (рис.8.10, кривая 5) и одновременно обеспе­чивается постоянство тока. Поэтому такие генераторы, используются для выполнения высококачественной, электродуговой сварки, т. е. когда необходимо получить крутопадающую внешнюю характеристику.

2. Векторные диаграммы трансформаторов при различном характере нагрузки.

Для их построения используется электрическая схема замещения приведенного трансформатора и основные уравнения напряжений и токов. Векторные диаграммы наглядно показывают соотношения и фазовые сдвиги между токами, ЭДС, напряжениями трансформатора. Сопоставляя обе диаграммы(XL И XС), можно заключить, что при U1=const и φ2=const  увеличение активно-индуктивной нагрузки вызывает снижение напряжения U2’ , а при увеличении активно-емкостной нагрузки напряжение U2’ возрастает. Это объясняется тем, что при активно-индуктивной нагрузке происходит некоторое размагничивание трансформатора. При чисто емкостной нагрузки возрастание напряжения на вторичной обмотки может быть столь значительно, что это окажется опасным для изоляции. Возрастание напряжения на трансформаторе при емкостной нагрузке называется перевозбуждением трансформатора.

Вторичное напряжение зависит от величины тока нагрузки трансформатора и от характера нагрузки, т. е. от угла φ2. При индуктивном характере нагрузки вторичное напряжение по абсолютной величине меньше, чем ЭДС (); при емкостном характере нагрузки вторичное напряжение по абсолютной величине больше, чем ЭДС ().

3. Влияние напряжения питающей сети на пусковой и максимальный момент асинхронного двигателя.

Из приведенных выше характеристик четко видно, что скольжение асинхронной машины не зависит от изменений питающего напряжения. Устойчива работа электропривода возможна со статическим моментом только на участке от синхронной скорости до критического скольжения (sк). Соответственно при снижении напряжения питания эта зона существенно снижается. При снижении напряжения резко уменьшается величина критического момента двигателя, что приводит к нарушению его устойчивой работы. При перегрузках двигатель будет часто опрокидываться, что значительно снижает производительность рабочих машин. Пусковые свойства также ухудшаются. Двигатель под нагрузкой может не запускаться вообще или запускаться в течение длительного времени.  Также у асинхронного электродвигателя значительно снижается пусковой момент, что делает невозможным его запуск с номинальным моментом при значительном снижении напряжения питающей сети.

Билет 11

1. Рабочие характеристики двигателей независимого и последовательного возбуждения.

В данном двигателе обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки I = Ia = Iв . Т.О. зависимость магнитно­го потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т. е. Ф = kф Ia. (kф  — коэффициент пропорциональности) В этом случае найдем электромагнитный момент прямо пропорционален квадрату тока якоря: , а частота вращения обратно пропорциональна нагрузке .При уменьшении нагрузки двигателя последовательного воз­буждения частота вращения резко увеличивается и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для дви­гателя значений («разнос»). Поэтому работа двигателя последова­тельного возбуждения или его пуск при нагрузке на валу меньше 25% от номинальной недопустима. Для более надежной работы вал двигателя последовательного возбуждения должен быть жестко соединен с рабочим механиз­мом посредством муфты и зубчатой передачи.  Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения n=f(M) представлены на рис. 29.9, в. Резко падающие кривые механических характеристик (естественная 1 и искусственная 2) обеспечивают двигателю последовательного возбуждения устойчивую работу при любой механической нагрузке. Свойство этих двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока нагрузки, имеет важное значение, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, так как с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент.

Двигателей независимого (параллельного) Рабочие характеристики двигателя М, P1, Iа, n, η = f(P2) снимают при Iв = const и U = Uном = const. С увеличением нагрузки на валу двигателя Р2 растет момент двигателя М, а скорость вращения n немного падает. Увеличение нагрузки приводит к росту мощности P1, забираемой из сети, и росту тока якоря Iа. При холостом ходе (Р2 = 0) КПД = О, затем с увеличением Р2 сначала КПД быстро растет, но в связи с большим ростом потерь в цепи якоря при больших нагрузках снова начинает уменьшаться.

2. Реакторный и автотрансформаторный пуск асинхронного двигателя. (???)

Их используют в тех случаях, когда в мощных ЭП переменного тока при запуске для ограничения пусковых токов и снижения потерь активной энергии в пусковых устройствах вместо пусковых реостатов применяют пусковые реакторы (индуктивные сопротивления) и автотрансформаторы.

Реакторный: Токоограни́чивающий реа́ктор — электрический аппарат, предназначенный для ограничения ударного тока короткого замыкания и работает как индуктивное (реактивное) дополнительное сопротивление.

Автотрансформатор обеспечивает пуск при низком напряжении, которое понижается приблизительно на 50-80% от полного напряжения в электрической цепи.

Более универсальным является способ с понижением подводимого к двигателю напряжения посредством реакторов (реактивных катушек — дросселей). При разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник 1. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы Р, на которых происходит падение напряжения j  хр (где хр — индуктивное сопротивление реактора, Ом). В резуль­тате на обмотку ста­тора подается пони­женное напряжение. После разгона ро­тора двигателя включают рубиль­ник 2 и подводимое к обмотке статора напряжение оказы­вается номиналь­ным.

При пуске двигателя через понижающий автотрансформа­тор вначале замыкают рубильник 1, соединяющий обмотки автотрансформатора звездой, а затем включают рубиль­ник 2 и двигатель оказывается подключенным на пониженное напряжение U`1 . При этом пусковой ток двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в КА раз, где КА — ко­эффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока в питающей двигатель сети, т. е. тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К²А раз по сравнению с пусковым током при непосредственном включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в КА раз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет КА*КА = К²А раз. После первоначального разгона ротора двигателя рубильник 1 размыкают и автотрансформатор превращается в реактор. При этом напряжение на выводах обмотки статора несколько повышается, но все же остается меньше номинального. Включением ру­бильника 3 на двигатель подается полное напряжение сети. Таким образом, автотрансформаторный пуск проходит тремя ступенями: на первой ступени к двигателю подводится напряжение U1 = (0,50÷0,60)U1ном, на второй — U1 = (0,70÷0,80)U1ном и, наконец, на третьей ступени к двигателю подводится номинальное напря­жение U1ном.

3. Синхронные машины. Классификация, принцип действия.

Синхронные машины классифицируются по следующим признакам:

а) по назначению — синхронные генераторы, синхронные двигатели, синхронные компенсаторы;

б) по числу фазных обмоток на статоре — однофазные, трехфазные, многофазные;

в) по конструкции ротора — явнополюсные, неявнополюсные (воздушный зазор равномерный);

г) по способу возбуждения – с независимым возбуждением, с самовозбуждением, с контактными кольцами и бесщеточные;

д) по типу первичного двигателя — турбогенераторы(неявнополюсные), гидрогенераторы(явнополюсные, малооборотистые), дизель-генераторы;

е) по номинальным данным — мощность, частота, скорость вращения, напряжение;

ж) по способу охлаждения – с воздушным, с газовым (водород, гелий), с водяным, криогенные.

Принцип действия синхронного двигателя: Принцип действия такого электродвигателя — он основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора, основан на явлении притяжения разноименных полюсов двух магнитных полей – статора и ротора. Для пуска ротор СМ снабжают специальной пусковой обмоткой. На одном валу с двигателем расположен возбудитель. Недостатком СМ является то, что без специальной пусковой обмотки он не разворачивается, т.к. отсутствует начальный пусковой момент, наиболее распространённым пуском двигателя является асинхронный пуск. Для осуществления его, в полюсные наконечники ротора закладывается пусковая короткозамкнутая пусковая обмотка. Она состоит из медных стержней соединенных шинами, наличием этой обмотки отличается ротор двигателя от ротора генератора, перед пуском двигателя обмотка возбуждения ротора замыкается на сопротивление. После включения, сеть обмотка статора создаётся вращающееся магнитное поле, которая пересекает короткозамкнутую пусковую обмотку, индуцирует с ней ЭДС и ток. Взаимодействие токов пусковой обмотки с полем статора создает пусковой момент. Ротор разворачивается до скорости несколько меньшей скорости поля статора, т.е. он вращается асинхронно. Для втягивания ротора в синхронизм необходимо на обмотку возбуждения подать напряжения от возбудителя, а сопротивление отключить. Двигатель начнет работать синхронно с сетью.

Билет 12

1. Способы регулирования скорости двигателей постоянного тока.

n= (U –Iя*Rя)/ kФ

где U — напряжение питающей сети; Iя — ток якоря; Rя — сопротивление цепи якоря; kф  — коэффициент пропорциональности. Из формулы видно, что частоту вращения электродвигателя постоянного тока можно регулировать тремя путями:

1. изменением потока возбуждения электродвигателя

2. изменением подводимого к электродвигателю напряжения

3. изменением сопротивления в цепи якоря.

Наиболее широкое применение получили первые два способа регулирования, третий способ применяют редко: он не экономичен, скорость двигателя при этом значительно зависит от колебаний нагрузки. 

Регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

2 Эффект вытеснения тока в проводниках обмотки ротора асинхронного двигателя.(???)

Для повышения пусковых моментов АД с короткозамкнутыми роторами используют эффект вытеснения тока. 

С увеличением часто­ты тока в стержнях обмотки короткозамкнутого ротора возникает эф­фект вытеснения тока, в результате которого плотность тока в верхней части стержней возрастает, а в ниж­ней уменьшается. При этом актив­ное сопротивление ротора увеличи­вается, а индуктивное – уменьша­ется. Изменение сопротивлений ротора влияет на пусковые харак­теристики машины.

В большинстве случаев эффект вытеснения тока в обмотках короткозамкнутых роторов играет поло­жительную роль, увеличивая на­чальные моменты двигателей. Это широко используют при проектиро­вании асинхронных машин, выпол­няя роторы с глубокими прямо­угольными или фигурными пазами или с двойной беличьей клеткой, в которых эффект вытеснения тока проявляется особенно сильно. Одна­ко неравномерное распределение плотности тока по сечению стержня ротора может привести и к нежела­тельным последствиям. Например, при неудачно выбранных размер­ных соотношениях стержней чрез­мерно возрастающая в пусковых режимах плотность тока в их верх­них участках может вызвать нерав­номерное тепловое удлинение стержней и их изгиб. При этом стержни разрывают усики пазов и выгибаются в воздушный зазор, что неизбежно приводит к выходу дви­гателя из строя. 

Глубокопазный асинхронный двигатель:

Принцип действия глубокопазного АД основан на эффекте вытеснения тока в обмотке ротора. Для усиления этого эффекта обмотка ротора выполняется в виде беличьей клетки с узкими высокими стержнями, помещенными в глубокие пазы. Высота паза больше ширины в 6…12 раз и составляет 30…60 мм при ширине 2…5 мм. Вытеснение тока в стержнях клетки происходит в результате действия э.д.с, индуктируемых пазовыми потоками рассеяния Фа.

При пуске, когда частота в роторе велика в нижних волокнах стержня индуцируется 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, что, в сущности, и есть проявление поверхностного эффекта в проводниках, утопленных в ферромагнитную среду. 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.

3. Реакция якоря синхронных машин. Виды реакции якоря и влияние на характеристики синхронных генераторов.

В процессе работы нагруженного синхронного генератора (СГ) в нём одновременно действуют две магнитодвижущих силы (МДС): МДС возбуждения и МДС статора . При этом МДС статора воздействует на МДС возбуждения, усиливая или ослабляя поле возбуждения или же искажая его форму. Реакция якоря – это воздействие МДС обмотки статора на МДС обмотки возбуждения. При этом изменяется результирующий магнитный поток генератора и, следовательно, его ЭДС. Эти изменения зависят от значения и характера нагрузки, а также от индивидуальных особенностей машины

При чисто активной нагрузке (ѱ = 0, где ѱ - угол сдвига фаз между током и ЭДС генератора) возникает искажение результирующего магнитного поля генератора, оно ослабляется, и магнитная система несколько размагничивается. Это приводит к уменьшению ЭДС генератора.

При чисто индуктивной нагрузке (ѱ = 90˚) ток статора генератора отстаёт по фазе от ЭДС на 90˚, его результирующее магнитное поле ослабляется, но не искажается. Это ведёт к уменьшению ЭДС генератора.

При чисто ёмкостной нагрузке (ѱ = -90˚) ток статора генератора опережает по фазе ЭДС на 90˚, его результирующее магнитное поле возрастает, не искажается и приводит к увеличению ЭДС.

При активно-индуктивной нагрузке (0 ˂ ѱ ˂ 90˚) магнитная система генератора размагничивается.

При активно-ёмкостной нагрузке (0 ˂ ѱ ˂ -90˚) магнитная система генератора подмагничивается.

Билет 13

1. Реакция якоря в машинах постоянного тока и ее влияние на характеристики машины.(???)

Под реакцией якоря понимают явление воздействия магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов.

При холостом ходе генератора магнитное поле машины образовано только главными полюсами. Оно симметрично относительно оси полюсов и его ось совпадает с осью полюсов. Когда генератор работает с нагрузкой, по обмотке якоря протекает ток, который создает свое магнитное поле, называемое полем якоря. При работе генератора с нагрузкой поле якоря накла­дывается на поле полюсов. В генераторе создаётся результирующее поле, повернутое по направлению вращения якоря на некоторый угол Y относительно поля главных полюсов. Реакция якоря искажает магнитное поле машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.

В результате реакции якоря магнитная индукция в зазоре машины становится еще более неравномерной. В проводниках якоря, находящихся в точках повышенной магнитной индукции, индуцируется большая э. д. с, что приводит к увеличению разности потенциалов между соседними пластинами коллектора и к возникновению искрения на коллекторе. Другой существенный недостаток, вызванный реакцией якоря, это возможность образования в машине кругового огня из-за пиков индукции результирующего магнитного поля под краями полюсов. Кроме того, реакция якоря приводит к уменьшению э. д. с. якоря.

2. Генераторный режим асинхронной машины.

Если ротор асинхронной машины, включенной в сеть с напряжением U1, вращать посредством первичного двигателя в направлении вращающегося поля статора, но со скоростью n2>n1, то движение ротора относительно поля статора изменится (по сравнению с двигательным режимом этой машины), так как ротор будет обгонять поле статора.

При этом скольжение станет отрицательным, а направление э.д.с. Е1, наведенной в обмотке статора, а следовательно, и направление тока I1изменятся на противоположное. В результате электромагнитный момент на роторе также изменит направление и из вращающего (в двигательном режиме) превратится в противодействующий (по отношению к вращающему моменту первичного двигателя). В этих условиях асинхронная машина из двигательного перейдет в генераторный режим, преобразуя механическую энергию первичного двигателя в электрическую. При генераторном режиме асинхронной машины скольжение может изменяться в диапазоне− ∞ < s < 0, при этом частота э.д.с. асинхронного генератора остается неизменной, так как она определяется скоростью вращения поля статора, т.е. остается такой же, что и частота тока в сети, на которую включен асинхронный генератор.

Ввиду того, что в генераторном режиме асинхронной машины условия создания вращающегося поля статора такие же, что и в двигательном режиме (и в том и в другом режимах обмотка статора включена в сеть с напряжением U1), и потребляет из сети намагничивающий ток I0, то асинхронная машина в генераторном режиме обладает особыми свойствами: она потребляет реактивную энергию из сети, необходимую для создания вращающегося поля статора, но отдает в сеть активную энергию, получаемую в результате преобразования механической энергии первичного двигателя. Следует обратить внимание, что работа асинхронных генераторов возможна лишь при их совместной работе с синхронными генераторами, которые в этом случае необходимы как источники реактивной энергии.

3. U-образные характеристики синхронной машины.Зависимость тока статора  от тока в обмотке возбуждения  при неизменной активной нагрузке генератора выражается графически U – образной кривой. На рис. 98 представлены U – образные характеристики  при  , построенные для разных значений активной нагрузки:  ;  и  . U – образные характеристики синхронного генератора показы­вают, что любой нагрузке генератора соответствует такое зна­чение тока возбуждения  , при котором ток статора  , стано­вится минимальным и равным только активной составляющей:  . В этом случае генератор работает при коэф­фициенте мощности  . Значения тока возбуждения, соот­ветствующие  при различной нагрузке генератора, пока­заны на рис. 98 пунктирной кривой. Некоторое отклонение этой кривой вправо указывает на то, что при увеличении нагрузки ток возбуждения, соответствующий  , несколько возрастает. Объясняется это тем, что при росте нагрузки необходимо некоторое увеличение тока возбуждения, компенсирующее активное па­дение напряжения.

Билет 14

1. Принцип обратимости машин постоянного тока. Режимы работы машины постоянного тока.

Обратимость машин. При работе машины в генераторном режиме в результате взаимодействия проводников обмотки якоря, по которым протекает ток, с магнитным потоком полюсов возникает электромагнитная сила F (правило левой руки), препятствующая вращению якоря. Для преодоления этой силы к якорю генератора должна быть постоянно приложена внешняя сила. Если убрать внешнюю силу и, сохранив полярность полюсов, пропустить через обмотку якоря ток того же направления, то электромагнитная сила сохраняет свое направление. Под действием этой силы якорь будет вращаться в направлении, противоположном направлению вращения генератора — машина переходит в двигательный режим. Следовательно, каждая машина постоянного тока может работать в режиме, как генератора, так и двигателя. Это свойство электрических машин называется обратимостью.

Как и все электрические машины, машина постоянного тока обратима. Она работает в режим генератора, если ее якорь вращать первичным двигателем, главное магнитное поле возбуждено, а цепь якоря соединена через щетки с приемником. При таких условиях под действием э.д.с., индуктируемой в обмотке якоря, в замкнутой цепи «якорь – приемник» возникает ток совпадающий с э.д.с. по направлению. Взаимодействие тока якоря с главным магнитным полем создает на валу генератора тормозной момент, который преодолевается первичным двигателем. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

В двигательном режиме цепи якоря и возбуждение машины присоединены к источнику энергии. Взаимодействие тока якоря с главным магнитным полем создает вращающий момент. Под действием вращающего момента якорь преодолевает момент нагрузки на валу. Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую.

Э.д.с. якоря противодействует току в цепи якоря и направлена ему навстречу.

2. Способы регулирования скорости асинхронного двигателя.

Частота вращения асинхронного двигателя . Следовательно, регулирование частоты вращения возможно тремя способами: изменением частоты f, числа полюсов р и скольжения S.

1. Частотное регулирование

Двигатель питается от преобразователя частоты. Для получения требуемой характеристики двигателя следует изменять не только частоту напряжения, но и значение напряжения.

2. Изменение числа пар полюсов

3. Изменение питающего напряжения

4. Изменение активного сопротивления цепи ротора

3. Способы пуска синхронных двигателей.

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, т.к. ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней скорости, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

Способы пуска СД

• асинхронный пуск (в индукторе лежит короткозамкнутая обмотка, которая при подключении к якорю источника питания сцепляется с создаваемым вращающимся магнитным потоком и приводит в движение индуктор);

• частотный пуск (применяется в том случае, если синхронный двигатель подключен к автономному источнику, часто­ту напряжения которого можно изменять от нуля до номинальной. Если плавно повышать частоту питающего напря­жения, то соответственно будет увеличиваться скорость магнитного поля);

• пуск посредством разгонного двигателя (посредством приводного двигателя ротор приводиться во вращение до подсинхронной частоты. Далее приводной механизм отключается и так как разность частот вращения мала у поля и якоря, последний втягивается в синхронную частоту вращения).

Билет 15

1. Векторные диаграммы трансформатора при различном характере нагрузки.

Для их построения используется электрическая схема замещения приведенного трансформатора и основные уравнения напряжений и токов. Векторные диаграммы наглядно показывают соотношения и фазовые сдвиги между токами, ЭДС, напряжениями трансформатора. Сопоставляя обе диаграммы(XL И XС), можно заключить, что при U1=const и φ2=const  увеличение активно-индуктивной нагрузки вызывает снижение напряжения U2’ , а при увеличении активно-емкостной нагрузки напряжение U2’ возрастает. Это объясняется тем, что при активно-индуктивной нагрузке происходит некоторое размагничивание трансформатора. При чисто емкостной нагрузки возрастание напряжения на вторичной обмотки может быть столь значительно, что это окажется опасным для изоляции. Возрастание напряжения на трансформаторе при емкостной нагрузке называется перевозбуждением трансформатора.

Вторичное напряжение зависит от величины тока нагрузки трансформатора и от характера нагрузки, т. е. от угла φ2. При индуктивном характере нагрузки вторичное напряжение по абсолютной величине меньше, чем ЭДС (); при емкостном характере нагрузки вторичное напряжение по абсолютной величине больше, чем ЭДС ().

2. Влияние напряжения питающей сети на пусковой и максимальный момент асинхронного двигателя.

Из приведенных выше характеристик четко видно, что скольжение асинхронной машины не зависит от изменений питающего напряжения. Устойчива работа электропривода возможна со статическим моментом только на участке от синхронной скорости до критического скольжения (sк). Соответственно при снижении напряжения питания эта зона существенно снижается. При снижении напряжения резко уменьшается величина критического момента двигателя, что приводит к нарушению его устойчивой работы. При перегрузках двигатель будет часто опрокидываться, что значительно снижает производительность рабочих машин. Пусковые свойства также ухудшаются. Двигатель под нагрузкой может не запускаться вообще или запускаться в течение длительного времени.  Также у асинхронного электродвигателя значительно снижается пусковой момент, что делает невозможным его запуск с номинальным моментом при значительном снижении напряжения питающей сети.

3. Угловая характеристика явнополюсной и неявнополюсной синхронной машины.(???)

-неявнополюсный -явнополюсная

Момент прямо-пропорционален мощности: ω1-синх скорость генератора

Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость электромагнитной мощности(эл/магн момента Мэм) от угла нагрузки Рэл (Мэм) = f(Θ) при постоянных токе возбуждения, напряжении и частоте сети (If = const, Uc = const, fc = const).

Если синхронная машина имеет неявнополюсный ротор (), то второе слагаемое обращается в нуль и .Согласно этому выражению угловая характеристика неявнополюсной машины является синусоидальной функцией угла q (рис. 5.38). При  мощность , машина работает в генераторном режиме. При  мощность , машина работает в режиме двигателя. При  синхронная машина развивает максимальную по модулю мощность

Выражение для угловой характеристики  явнополюсной синхронной машины содержит составляющую, зависящую от  (рис. 5.39). Эта составляющая обусловлена магнитной несимметрией ротора и появлением в связи с этим в явнополюсной машине чисто магнитного вращающего момента из-за стремления ротора ориентироваться по оси магнитного поля.