Добавил:

Adamant Студент, если у тебя есть завалявшиеся работы, то не стесняйся, загрузи их на СтудентФайлс! Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Петербургский государственный университет путей сообщения им. императора Александра I

Предмет:

Электрические машины

Файл:

Электрические машины. Давидчук, Лебедев. Конспект лекций

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.10.2020

Размер:

4.65 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 158 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>


			Mдин2 M2 Mс			0,	под действием ко-
cM ( )( Ia2 ) M1 Mc и
торого	частота вращения начнет увеличиваться.					В точке 3 n3 n1,		но
		cM Ia1 Mc ,		следовательно,
M3 cM Ia3 M1							Ia3 Ia1 ( / )
Ia1 и Mдин3 M3 Mс 0, т. е. ДПТ				начнет	работать с постоянной ча-
стотой	вращения	n3 const .	Описанный		процесс		представлен	на

рис. 1.50, в.

а)		б)								в)
	U		n	M		0,5M					n, Ia
											n, Ia
		n	3		c			н		Ia 2
		n			c			н		Ia 2	Ia3 Ia1
		3							i
						2 i
		n	1			2 i
rв		n						в	вн		n3 n1
		1								Ia1
	Ia						i		i	Ia1
							i		i	n3
	Я1	Я 2						в	вн
	Я1	Я 2
										n1
	iв	Ш1						M			t
								M			t
ПM		Ш2	0,5Mн			M2					0
ПM	Mc 0,5Mн	Ш2	0,5Mн			M2					0

Рис. 1.50. Схема (а), механическая характеристика (б) и переходный процесс (в) при регулировании частоты вращения шунтового ДПТ путем ослабления магнитного поля

На рис. 1.51 представлены схема, механическая характеристика и пе-

реходный процесс при регулировании частоты вращения сериесного ДПТ путем ослабления магнитного поля посредством шунтирования обмотки

возбуждения при условии

Mc 0,5Mн const .

В точке 1 на рис. 1.51, б

kшв 1, ток якоря согласно (1.17) и (1.18)

с учетом, что в сериесном ДПТ

k Ia (kша / kшв ),

Ia1 U /(cE k n1kша / kшв Ra ) U /(cE k n1 Ra ) ,

I 2 (k

ша

/ k

шв

) c

I 2 M

0,5M

динамический

момент

Mдин1 M1

Mс 0 и n1

const . В первый момент после ослабления поля

из-за инерции

якоря из-

до уровня kшв 1 (точка 2) частота вращения

мениться не может,

т. е.

n2 n1 . Тогда

Ra ) Ia1 ,

Ia2 U /(cE k n2 / kшв

M2 Mс 0,

M2 cM k ( Ia2 )

/( kшв ) M1 Mc

Mдин2

под дей-

ствием

которого

частота

вращения

начнет

увеличиваться.

точке

n3 n1,

/ kшв M1

Mc , следовательно, Ia3

но

M3 cM k Ia3

cM k Ia1

Ia1

Ia1 и

Mдин3 M3 Mс

0 , т. е. ДПТ начнет работать с посто-

kшв

янной частотой вращения n3 const . Описанный процесс представлен на рис. 1.51, в.

а)

б)

в)

n,Ia

Ia2

С1

Mc 0,5Mн

Ia3

Ia1

Iв

Ia1

n n

Iшв

шв

С2

шв

kшв

Я1

Я 2

ПM

0,5Mн

Рис. 1.51. Схема (а), механическая характеристика (б) и переходный процесс (в) при регулировании частоты вращения сериесного ДПТ путем шунтирования обмотки возбуждения

В процессе регулирования шунтового и сериесного ДПТ путем

ослабления магнитного поля подводимая мощность		P UI		a	возросла (
		1
Ia3 Ia1 ),	полезная мощность P2 Mn также возросла ( n3		n1), следова-

тельно, КПД двигателя существенно не изменился. Тепловыделение в якорной обмотке усилилось ( Ia3 Ia1 ), но и теплоотвод при условии самовентиляции тоже увеличился ( n3 n1), следовательно, тепловое состояние ДПТ также не должно существенно измениться. Реактивная ЭДС в коммутирующих секциях согласно (1.12) er Aava Ia n , и, так как n3 n1 и Ia3 Ia1 , er резко возросла, а коммутационные условия на коллекторе ста-

ли существенно хуже. Таким образом, регулирование ДПТ путем ослабления магнитного поля позволяет регулировать частоту вращения в диапазоне выше номинальной, является достаточно экономичным, не будет иметь проблем в тепловом отношении при самовентиляции, но коммутационные условия при этом ухудшаются. Кроме того, такой способ регулирования ДПТ при нагрузках, близких к номинальной, может быть реализован только в режиме P const , когда U Uн const , Ia Iaн const (или

Ia Iaн ), а момент M на валу ДПТ будет снижаться обратно пропорцио-

нально росту n . В противном случае при условии M const ток якоря при ослаблении поля может превысить номинальное значение и начнется перегрев ДПТ выше допустимых температур.

На рис. 1.52 представлены схема, механическая характеристика и пе-

реходный процесс при регулировании частоты вращения сериесного ДПТ путем усиления магнитного поля посредством шунтирования обмотки якоря при условии Mc Mн const . В точке 1 на рис. 1.52, б kшв 1, ток

якоря Ia1 U /(cE k n1kша / kшв Ra ) U /(cE k n1 Ra ) , M1 cM k Ia21 (kша /

Ra ).

) c k

I 2

, динамический момент M

дин1

0 и

шв

n1 nн

const . В первый момент после после усиления поля до уров-

1 (точка 2)

частота вращения из-за инерции якоря

измениться

ня kшa

не

может,

т. е.

n2 n1 nн .

Тогда

Ra ) Ia1 ,

Ia2 U /(cE k n2kшa

Mдин2 M2 Mс 0 ,

M2 cM k ( Ia2 )

( kшa ) M1 Mc

под дей-

ствием

которого

частота вращения

начнет уменьшаться.

точке 3

n3 n1

nн ,

но

следовательно,

M3 cM k Ia3kшa

cM k Ia1 Mc ,

Ia3 Ia1 /

Ia1

и Mдин3 M3

Mс

0 , т. е. ДПТ начнет работать с

kшa

постоянной частотой вращения n3 const . Описанный процесс представлен на рис. 1.52, в.

а)				б)						в)
U					n					Ia1	n,Ia
U										Ia1
	С1		Mн			Mc Mн				Ia2	Ia3 Ia1
	Iв	Mc			2					Ia2
	Iв	Mc			2	1				n1
		ПM			n1					n1	n3 n1
					n1
I	С2				n3	3	k		1	n3
	a				n3	3	k	шa	1
								шa

Я1 Я 2							1 M				t
	Iшa					kшa	1 M
	Iшa				M2	Mн					0
	Rшa				M2	Mн					0
	Rшa

Рис. 1.52. Схема (а), механическая характеристика (б) и переходный процесс (в) при регулировании частоты вращения сериесного ДПТ путем шунтирования обмотки якоря

В процессе регулирования сериесного ДПТ путем шунтирования об-

мотки якоря подводимая мощность	P UI		a	k	ша	увеличилась, полезная
	1
мощность P2 Mn уменьшилась (так как		n3			nн ), следовательно, КПД

двигателя снизился (из-за потерь на шунтирующем сопротивлении Тепловыделение в якорной обмотке снизилось ( Ia3 Ia1 ), теплоотвод при условии самовентиляции тоже уменьшился ( n3 nн ), следовательно, тепловое состояние ДПТ не изменилось. Реактивная ЭДС в коммутирующих

секциях er Aava Ia n стала меньше (так как n3 nн и Ia3 Ia1 ), и коммутационные условия на коллекторе стали лучше. Таким образом, регулирование ДПТ путем шунтирования обмотки якоря позволяет регулировать частоту вращения в диапазоне ниже номинальной, не является опасным

Рис. 1.53. Режимы МПТ в зависимости от направления вращения якоря

и направления действия электромагнитного момента

для двигателя в тепловом отношении при самовентиляции, не имеет коммутационных проблем, но в то же время не является достаточно экономичным.

Работа ДПТ в режиме торможения. Работа ДПТ в режиме тормо-

жения характеризуется тем, что электромагнитный момент M эм действует

встречно к направлению вращения якоря (2-й и 4-й квадранты механиче-
ской характеристики n f M		на рис. 1.53). Если ДПТ не отключать от
сети, то вырабатываемую в процессе					n ДВИГАТЕЛЬ
торможения электрическую энергию он				ГЕНЕРАТОР
торможения электрическую энергию он				ГЕНЕРАТОР
может отдавать либо обратно		в сеть
(рекуперативное торможение), либо на				M
добавочное сопротивление	Rд	(элек-		n		n M
тромагнитное торможение,	именуемое		M				M
тромагнитное торможение,	именуемое			n M 0		n
реостатным или противовключением).				n M 0		n
При отключении ДПТ от сети и замы-						M
кании обмотки якоря на нагрузку Rд				РЕВЕРС	ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ
кании обмотки якоря на нагрузку Rд				ДВИГАТЕЛЯ	n	ТОРМОЗ
запасенная энергия будет отдаваться на				ДВИГАТЕЛЯ	n
запасенная энергия будет отдаваться на

Rд (электродинамическое торможение).

Режим рекуперативного тормо-

жения можно реализовать в шунтовом ДПТ (рис. 1.54) при изменении статиче-

ского момента на валу (например, при движении под уклон, переход 1 2 на рис. 1.54, б), путем повышения тока возбуждения (например, при регулировании частоты вращения при переходе из режима ослабленного поля к полному: переход 1 2 на рис. 1.54, б) или при резком снижении питающего напряжения (переход 1 2 на рис. 1.54, б).

а)
	U
rв		Ia
	Я1	Я 2
ПM	iв	Ш1
Mc2	Mc1	Ш2
Mc2	Mc1

б)
	iв i							n
	вн ,U U
						н
i i		U
в	вн ,U	U	н		2			1
								1
i	i ,U	U
i
в
	вн			н
				н	2
	M							M
		M2					0	M1

Рис. 1.54. Схема (а) и механическая характеристика (б) рекуперативного торможения ДПТ параллельного возбуждения

Торможение противовключением без реверса при введении добавоч-

ного сопротивления в цепь якоря позволяет реализовать длительный ре-

жим подтормаживания, например, при опускании груза на кране, когда

действующий встречно электромагнитный момент обеспечивает движение

груза вниз с постоянной скоростью.

На рис. 1.55 и 1.56 переход в режим противовключения без реверса

осуществляется при замыкании рубильника П1 в положение I и введении

добавочного

сопротивления Rд

цепь

якоря (переход 1–2–3–4 на

рис. 1.55, б и 1.56, б). Очевидно, что устанавливая различные значения Rд ,

можно получать различные значения ( n4 ).

а)

б)

U I

R 0

П1

U II

M 2

Rд 0

П1Rд

1 Mн

Я1

Я 2

Rд

Ш1

Mн

ПM

iв

Ш2

Я1

Я 2

Mн

iв

Ш1

ПM

Ш2

Рис. 1.55. Схема (а) и механическая характеристика (б)

электромагнитного торможения ДПТ параллельного возбуждения

а)

б)II

Rд 0

U С1 II

П1

С2

Mн

Rд

Я1 С1 II

Я 2 I

П1

ПM

С2

Rд

Я1

Я 2

ПM

Mc Mн

Рис. 1.56. Схема (а) и механическая характеристика (б)

электромагнитного торможения ДПТ последовательного возбуждения

Противовключение с реверсом (введение Rд и переключение поляр-

ности обмотки якоря или возбуждения) позволяет создавать большие тормозные моменты при необходимости быстрой остановки привода, однако в точке n 0 ДПТ необходимо отключить от сети. На рис. 1.55 и 1.56 переход в режим противовключения с реверсом осуществляется при замыкании рубильника П1 в положение II и введении добавочного сопротивления Rд

в цепь якоря (переход 1 2 3 на рис. 1.55, б и 1.56, б). Чем меньше будет величина Rд , тем больше тормозной момент и быстрее остановится при-

вод, но тем больше будет и ток якоря в режиме торможения.

В режиме электродинамического торможения ДПТ отключается от сети (U 0) и подключается к Rд . В зависимости от включения обмотки

возбуждения (на сеть или на якорь) шунтовой ДПТ переходит в режим ГПТ с независимым или параллельным возбуждением соответственно (рис. 1.57), работающим на автономную нагрузку Rд , а сериесный ДПТ

становится ГПТ с последовательным возбуждением (рис. 1.58), работающим на автономную нагрузку Rд . Следует помнить, что для ГПТ с па-

раллельным и последовательным возбуждением необходимо выполнение условий самовозбуждения. Поэтому на рис. 1.58 необходимо одновременно с подключением на якорь Rд рубильником П1 поменять полярность

обмотки возбуждения рубильником П2.

а)			б)
U			I		n
U			I		n
I				2	0
П1			II	2
П1			II

II	Rд		M
			M

		Ia	M2		0
Я1		Я 2			n3
	Ш1				n
ПM	iв	Ш2			n
Mc Mн		Ш2

Rд

Mн

M(
	R
c	a		R
E c			д
	M	2

Рис. 1.57. Схема (а) и механическая характеристика (б) электродинамического торможения ДПТ параллельного возбуждения

			n
СпособыU управления ДПТ. Способы управления ДПТ подразделя-
	I	II	I
ются на 3	основные группы: реостатно-контактороное, система «Г – Д»
П1			1
(«генератор – двигательR		»), система «ПП – Д» (система «полупроводнико-
	д	2

вый преобразователь – двигатель»). При реостатно-контакторном управле-
	II			M	3		M
	С1		I				M
	С1	II	I			регулирование частоты
нии используется			реостатный пуск,		реостатное	регулирование частоты
			П2		0	M	н
76	С2		П2		M2		н
76

	Я1		Я 2

ПM	Mc	Mн	n

n nн

б)

Rд 0

П1

Rд

вращения и динамическое торможение при n n ,

регулирование частоты

Mн

вращения ослаблением поля и рекуперативное торможение при n n . Эта

Я1

Я 2

(

система управления наиболее распространенная. Она просто реализуемаa

Ш1

затратам,

E c

M 2

высокие

однако имеет

относительно недорога по капитальным

ПM

Ш2

эксплуатационные

расходы из-за потерь энергии в реостатах и не обеспе-

чивает плавного регулирования (дискретное включение реостата).

а)

б)

П1

Rд

С1

С2

П2

Я 2

ПM

Я1

Mн

Рис. 1.58. Схема (а) и механическая характеристика (б) электродинамического торможения ДПТ последовательного возбуждения

Управление по системе «Г – Д» позволяет заменить неэкономичные реостатные пуск и регулирование при на пуск и регулирование

напряжением, а также использовать рекуперативное торможение во всем диапазоне регулирования, при этом все регулировочные процессы осуществляются плавно и мягко. Недостатки этого способа: большая стоимость, большая масса и габариты и низкий КПД всей системы (из-за троекратного преобразования энергии: АД или СД ГПТ ДПТ).

При управлении ДПТ по системе «ПП – Д» используются, аналогично системе «Г – Д», экономичные способы регулирования пониженным напряжением и ослаблением поля, но масса и габариты всей системы становятся существенно меньше, а КПД несколько выше. К недостаткам системы «ПП – Д» следует отнести высокую стоимость полупроводниковой техники и проблемы с надежностью, а также невозможность прямого рекуперативного преобразования энергии. Кроме того, ДПТ должен быть адаптирован к таким условиям питания.

Особенности работы ДПТ при тиристорном и импульсном питании

связаны с наличием в электрических цепях ДПТ переменной высокочастотной составляющей токов и индуктируемых ими переменных магнитных потоков, негативные следствия которых можно разделить на три ос-

новные категории. Во-первых, переменные токи и потоки создают дополнительные добавочные потери в электрических и магнитных цепях и массивных конструкционных элементах (бандажах, обмоткодержателях и т. п.), что ведет к снижению КПД и дополнительному перегреву отдельных элементов ДПТ. Во-вторых, наличие в токах и потоках переменной составляющей неблагоприятно сказывается на коммутации ДПТ. В-третьих, взаимодействие переменных составляющих токов и потоков с основными приводит к возникновению тормозных и знакопеременных моментов и, вследствие этого, усилению шумов и вибрации ДПТ.

Таким образом, при переходе ДПТ на тиристорное и импульсное питание в целом ухудшается его использование: снижаются КПД, мощность и диапазон регулирования частоты вращения. Выпускаемые в настоящее время МПТ изготавливаются с учетом указанных выше факторов и являются более адаптированными к современным формам управления.

2. Трансформаторы

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. С помощью трансформаторов можно изменять число фаз и преобразовывать частоту переменного тока. Трансформаторы широко используются для следующих целей: передачи и распределения электрической энергии (силовые трансформаторы); питания различных цепей теле- и радиоаппаратуры (радиотрансформаторы); включения измерительных приборов (измерительные трансформаторы); питания различных технологических установок (электросварочные, электропечные и т. д.). В данной главе будем ориентироваться на силовые трансформаторы, наиболее распространенный тип трансформаторов. Принцип действия трансформаторов, физику процессов в них и их схемы замещения рассмотрим на примере однофазных трансформаторов. Полученные при этом выводы будут справедливы и для трехфазных трансформаторов, а их специфические особенности отметим в конце главы.

2.1. Однофазные трансформаторы

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного транс-

форматора. Рассматриваемый трансформатор, как видно из рис. 2.1, состоит из двух обмоток, размещенных на замкнутом ферромагнитном магнитопроводе (сердечнике), позволяющем усилить электромагнитную связь между обмотками. Часть магнитопровода, на которой расположена обмотка, называется стержнем, а свободная от обмотки или соединяющая два

стержня – ярмом. Для снижения потерь от вихревых токов, обусловленных переменным потоком, сердечник набирается из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,35 0,5 мм. Применение электротехнических сталей с низкими удельными потерями на перемагничивание позволяет снизить потери на гистерезис, второй вид потерь в магнитопроводе.

i1	i2
u1	Ф
u1	u2	zн
		zн
		Zн
	Ф
	Ф
Рис. 2.1. Электромагнитная схема однофазного трансформатора

На рис. 2.2 представлена наиболее распространенная в силовых трансформаторах шихтованная конструкция сердечника. Для этой кон-

	струкции, с целью снижения расхода стали, листы штампуются не целико-
		выми по профилю магнитопровода, а отдельны-
		ми разновеликими прямоугольными полосками,
		из которых собираются в переплет стержни и яр-
		ма. При сборке трансформатора, для насадки об-
		моток на стержни необходимо расшихтовать
		верхнее ярмо, а после насадки обмотки – вновь
		его зашихтовать. Обмотка, подключенная к пи-
		тающей сети переменного тока, называется пер-
	Рис. 2.2. Шихтованная	вичной. Все параметры первичной обмотки бу-
	Рис. 2.2. Шихтованная	дем обозначать с индексом 1, например, число
	конструкция магнитопровода	дем обозначать с индексом 1, например, число
	конструкция магнитопровода	витков w1. Обмотка, к которой подключается
		витков w1. Обмотка, к которой подключается

нагрузка (потребитель электрической энергии) называется вторичной, и ее параметры будут с индексом 2. При этом числа витков w1 и w2 в обмотках разные. Предположим, что вторичная обмотка трансформатора разомкнута (не подключена нагрузка), а первичная обмотка включена на сеть синусоидального напряжения u1. В первичной обмотке появится синусоидальный ток i1, который создает в магнитопроводе переменный поток Ф. Этот поток, замыкаясь в магнитопроводе, сцеплен с обеими обмотками и наводит ЭДС самоиндукции в первичной обмотке e1 = –w1dФ/dt и ЭДС взаимоин-

дукции во вторичной обмотке e2 = –w2dФ/dt. Если вторичную обмотку замкнуть на нагрузку zн (см. рис. 2.1), то под действием ЭДС e2 в ней появится ток i2. Токи i1 и i2 создают свои намагничивающие силы F1 = i1w1 и F2 = i2 w2. Согласно второму закону Кирхгофа для магнитной цепи

F1 + F2 = F0	(2.1)
или
i1w1 + i2w2 = i0w1.	(2.2)

F0 = i0w1 – намагничивающая составляющая, необходимая для создания в сердечнике потока Ф, сцепленного со всеми витками как первичной, так и вторичной обмоток. Поток Ф называется основным. Ток i0 – ток холостого хода первичной обмотки, или намагничивающий ток. Пусть магнитный поток Ф является синусоидальной функцией времени Ф = = Фmax sinωt, где Фmax – амплитудное значение. Тогда ЭДС, наведенная этим потоком в первичной обмотке, равна:

e1 = –w1d(Фmax sinωt)/dt = ωw1Фmax sin(ωt – π/2) = E1max sin(ωt – π/2). (2.3)

Из выражения (2.3) следует, что ЭДС, наведенная синусоидальным потоком, отстает от него по фазе на π/2, а ее действующее значение равно

Е1 E1max / 2 w1Фmax / 2 2 f1w1Фmax 4,44 f1w1Фmax . (2.4)

Аналогичным образом можно получить выражение для действующего значения ЭДС, наведенной основным потоком во вторичной обмотке:

Е2 4,44 f1w2Фmax .	(2.5)
Кроме основного потока, намагничивающие силы F1	и F2 создают

потоки рассеяния Фσ1 и Фσ2 соответственно первичной и вторичной обмоток (см. рис. 2.1). Потоком рассеяния будем называть поток, созданный током какой-то обмотки и сцепленный только с этой же обмоткой. Так как потоки рассеяния распределяются в немагнитной среде, имеющей постоянную магнитную проницаемость (μ = const), то можно считать индуктивности Lσ1 = const и Lσ2 = const. Поэтому ЭДС рассеяния, наведенные потоками Фσ1 и Фσ2 в своих обмотках, можно представить как

e 1 L 1di1	/ dt ; e 2	L 2di2 / dt .	(2.6)
Подводя итог вышесказанному, электромагнитное преобразование в
трансформаторах можно изобразить следующей схемой:
F1 = i1w1	Фσ1	eσ1
	Ф	e1, e2	(2.7)
F2 = i2w2	Фσ2	eσ1.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 158 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Электрические машины

#
09.12.20213.56 Mб81Kursovaya_Rabota.docx
#
09.12.2021392.35 Кб5Otvety_na_7_punkt.docx
#
09.12.20212.51 Mб34Зачет.docx
#
15.10.20206.11 Mб43ТРАНСФОРМАТОРЫ.ppt
#
15.10.20203.85 Mб26Электрические машины. Брандина (СЗПИ, 2004).pdf
#
15.10.20204.65 Mб75Электрические машины. Давидчук, Лебедев. Конспект лекций.pdf