- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. АНАЛИЗ И РАСЧЁТ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
- •1.1. Электрическая цепь и её элементы
- •1.2. Основные электрические величины цепи постоянного тока
- •1.3. Резистивный элемент
- •1.4. Схемы замещения источников электрической энергии
- •1.5. Основные законы цепей постоянного тока
- •1.6. Потенциальная диаграмма электрической цепи
- •1.7. Эквивалентные преобразования в резистивных цепях
- •1.8. Методы расчёта цепей постоянного тока
- •1.8.2. Метод контурных токов
- •1.8.3. Метод узловых потенциалов
- •1.8.5. Метод эквивалентного генератора
- •1.9. Баланс мощностей
- •1.10. Расчёт нелинейных цепей постоянного тока
- •Контрольные вопросы и задания
- •2.1. Основные понятия переменного тока
- •2.2. Способы представления синусоидальных величин
- •2.3. Элементы электрической цепи синусоидального тока
- •2.3.1. Индуктивный элемент
- •2.3.2. Ёмкостный элемент
- •2.5. Законы Кирхгофа для цепей синусоидального тока
- •2.9. Мощности в цепях синусоидального тока
- •2.10. Учёт взаимно индуктивных связей при анализе электрических цепей
- •Контрольные вопросы и задания
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Схема соединения звездой в трёхфазных цепях
- •3.3. Схема соединения треугольником в трёхфазных цепях
- •3.5. Мощность в трёхфазных цепях
- •3.6. Измерение мощности трёхфазной цепи
- •Контрольные вопросы и задания
- •4.3. Расчёт цепей несинусоидального периодического тока
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.1. Элементы магнитной цепи
- •5.2. Основные величины и законы магнитных цепей
- •5.3. Свойства и характеристики ферромагнитных материалов
- •5.4. Расчёт неразветвленной магнитной цепи
- •5.5. Электромеханическое действие магнитного поля
- •5.7. Мощность потерь в магнитопроводе
- •Контрольные вопросы и задания
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Устройство однофазного трансформатора
- •6.3. Принцип действия однофазного трансформатора
- •6.4. Схема замещения однофазного трансформатора
- •6.5. Работа трансформатора в режиме холостого хода
- •6.6. Работа трансформатора в режиме короткого замыкания
- •6.8. Мощности трансформатора
- •6.11. Автотрансформаторы
- •Контрольные вопросы и задания
- •7.1. Общие сведения
- •7.3. Режимы работы трёхфазных асинхронных машин
- •7.4. Принцип действия трёхфазных асинхронных двигателей
- •7.5. Мощность и КПД трёхфазных асинхронных двигателей
- •7.6. Механические характеристики асинхронных двигателей
- •7.7. Пуск трёхфазных асинхронных двигателей
- •7.9. Однофазные асинхронные двигатели
- •Контрольные вопросы и задания
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Устройство трёхфазных синхронных машин
- •8.3. Разновидности трёхфазных синхронных машин
- •8.5. Принцип действия трёхфазных синхронных машин
- •8.6. Работа синхронного генератора в режиме холостого хода
- •8.7. Работа синхронного генератора в режиме короткого замыкания
- •8.8. Работа синхронного генератора в режиме нагрузки
- •8.9. Мощность и КПД трёхфазных синхронных машин
- •8.10. Характеристики трёхфазных синхронных машин
- •8.11. Пуск трёхфазных синхронных двигателей
- •Контрольные вопросы и задания
- •9.1. Общие сведения
- •9.2. Принцип действия коллектора
- •9.3. Устройство машин постоянного тока
- •9.5. Реакция якоря
- •9.6. Мощность и КПД машин постоянного тока
- •9.8. Характеристики генераторов постоянного тока
- •9.9. Характеристики двигателей постоянного тока
- •9.11. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
- •10.1. Общие сведения о полупроводниках
- •10.2. Полупроводниковые устройства
- •10.2.2. Биполярные транзисторы
- •10.2.3. Полевые транзисторы
- •10.2.4. Тиристоры
- •10.2.5. Классификация электронных устройств
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.3. Источники вторичного электропитания
- •10.3.1. Полупроводниковые выпрямители
- •10.3.2. Управляемые выпрямители
- •10.3.3. Регуляторы переменного тока
- •10.3.4. Инверторы
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.4. Усилители электрических сигналов
- •10.4.1. Классификация усилителей
- •10.4.3. Операционные усилители
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.5. Генераторы синусоидальных колебаний
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.6. Импульсные и цифровые электронные устройства
- •10.6.1. Работа операционного усилителя в импульсном режиме
- •10.6.2. Логические элементы
- •10.6.4. Импульсные устройства с устойчивым состоянием. Триггеры
- •Контрольные вопросы и задания
- •10.7. Программируемые устройства. Микропроцессоры
- •Контрольные вопросы и задания
- •11.1. Методы измерений
- •11.2. Средства измерений
- •11.3. Погрешности измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •Библиографический список
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
|
Контрольные вопросы и задания |
|
1. |
Что называется асинхронной электрической машиной? |
|
2. |
Какова область применения асинхронных двигателей? |
|
3. |
По каким признакам различают асинхронные двигатели? |
|
4. |
Опишите конструкцию статора трёхфазного асинхронного |
|
двигателя. |
|
|
5. |
В чём особенности и отличия короткозамкнутого и фазного |
|
ротора трёхфазного ас |
нхронного двигателя? |
|
6. |
Оп ш те реж мы работы трёхфазной асинхронной машины. |
|
7. |
Что такое скольжение асинхронного двигателя? |
|
С |
действия трёхфазного асинхронного дви- |
|
8. |
Оп ш те пр |
|
гателя. |
|
|
9. |
Чем определяется число пар полюсов магнитного поля статора? |
|
10. |
Как определяется синхронная частота вращения двигателя? |
|
нцип |
||
11. |
В чём заключается свойство саморегулирования потребляе- |
мой мощностибвращающего момента асинхронного двигателя?
12.Что представляет со ой величина суммарных потерь мощности асинхронного двигателя?
13.Опишите ра очие характеристики асинхронного двигателя.
14.Какие зависимости являются механическими характеристиками асинхронного двигателя и как их построить?
15.Как определяются коэффициент перегрузки по моменту и коэффициент пуска по моменту?
16.Как определяется жёсткость механической характеристики?
17.Опишите способы пуска трёхфазных асинхронных двигателей.
18.Опишите способы регулирования частоты вращения трёхфазных асинхронных двигателей.
19.Каковы функции преобразователей частоты?
20.В чём заключаются конструктивные особенности однофазных асинхронных двигателей?
21.Как работает пусковая обмотка однофазного асинхронного двигателя?
22.Какой двигатель называется конденсаторным однофазным асинхронным двигателем?
23.В чём особенность пуска конденсаторного однофазного асинхронного двигателя?АИ
185
8. СИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
8.1. Общие сведения
инхронная электрическая машина – это динамический элек-
Сструкц ей ротора. Как все электрические машины, синхронные машины обрат мы: они могут работать и в режиме генератора, и в редв гателя. C нхронные машины используются в основном в качестве генераторов электрической энергии. Практически вся энергия,
тромагнитный аппарат, подвижная часть которого вращается синхронно с магнитным полем машины, т.е. с равными угловыми скоро-
стями (частотами вращения) независимо от нагрузки [9, 12].
нхронные маш ны отличаются от асинхронных только кон-
жименых генераторов дост гает 1500 МВт, а КПД – 98,8%.
используемая в хозяйственной деятельности человека, вырабатывает-
двигателейбпрео разовательных агрегатов, компрессоров, насосов и т.д. К достоинствам СД следует отнести простоту их конструкции по сравнению, например, с машинами постоянного тока; высокие энер-
ся синхронными генераторами (СГ). Единичная мощность синхрон-
С нхронные дв гатели (СД) имеют достаточно широкое рас-
пространен е в промышленности, например в качестве приводных
гетические показатели, определяющиеся в первую очередь их ком-
пенсационными свойствами – способностью работать с коэффициен-
том мощности, близким к единице; относительно невысокую стои- |
|
А |
|
мость. Например, СД мощностью выше 200 – 300 кВт по своим тех- |
|
нико-экономическим показателям превосходят |
той же мощности, |
АД
поэтому наибольшее распространение получили СД большой мощности. С развитием полупроводниковой техники и созданием на её основе преобразователей частоты в настоящееИвремя появилась возможность создания регулируемого привода на базе СД.
Основные параметры и размеры, технические требования, требования к эксплуатации и хранению СД регламентирует ГОСТ 18200–90 «Машины электрические вращающиеся мощностью свыше 200 кВт. Двигатели синхронные. Общие технические условия».
Очень важным свойством синхронных машин является их способность работать при токе, опережающем по фазе напряжение, т.е. генерировать реактивную мощность, компенсируя её потребление другими машинами и установками, питающимися от той же сети. Специальные машины, предназначенные для этой цели, называются синхронными компенсаторами (СК) (см. подр.8.13).
186
8.2. Устройство трёхфазных синхронных машин
Синхронная машина (рис. 8.1) состоит из неподвижной части – статора – и вращающейся части – ротора. Статоры синхронных машин в принципе не отличаются от статоров асинхронных двигателей,
Ст.е. состоят из корпуса, сердечника и трёхфазной обмотки (см.
подр. 7.2) [9, 12].
и б
Рис. 8.1.АВнешний видДсинхронного двигателя
Так, в многополюсных машинах большой мощности при наружном диаметре сердечника статора более 900 мм пластины сердечника делают из отдельных сегментов, которые при сборке образуют цилиндр сердечника статора. Для удобства транспортировкиИи монтажа корпуса статоров крупногабаритных синхронных машин делают разъёмными.
Обмотку трёхфазного переменного тока, расположенную на статоре, ещё называют якорной, а сам статор – якорем. Якорная обмотка преобразует всю электромагнитную мощность синхронной машины в электрическую мощность, и наоборот [9].
Ротор синхронной машины представляет собой постоянный магнит с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов вращающегося магнитного поля статора, или для машин большой мощности электромагнит постоянного тока с однофазной обмоткой возбуждения, образующей определенное число пар магнитных полюсов.
187
Возбуждение магнитного поля ротора с помощью обмотки на-
зывается электромагнитным возбуждением. В машинах малой мо щ-
ности вместо обмотки возбуждения используют постоянные магниты. Такой способ возбуждения называется магнитоэлектрическим.
Роторы синхронных машин могут иметь две принципиально различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную.
Полюс явнополюсного ротора можно создать с помощью цилиндрической катушки 1 с размещённым внутри неё феррромагнитным сердечником 2. Эти катушки можно закрепить на валу ротора и подклю-
чить к |
сточн ку постоянного тока IВ через пару контактных колец 3 |
|||||
(рис. 8.2, а). При подключении обмотки ротора к источнику постоянно- |
||||||
С |
|
|
|
|||
го тока протекающ й в ней ток возбуждает главное магнитное поле ма- |
||||||
, |
поэтому эта о мотка называется обмоткой возбуждения, а ротор |
|||||
машины – ндуктором. Ток воз уждения подводят через контактные |
||||||
кольца с помощью щёточно-коллекторного узла (ЩКУ) (рис. 8.2, в), |
||||||
аналог чного |
меющемуся в |
Д фазным ротором (см. подр. 7.2), или |
||||
шины |
|
|
|
|||
устройства |
|
воз уждения. Обмотка возбуждения маши- |
||||
ны потребляет 0,2 – 5% от прео разуемой машиной мощности. |
||||||
|
|
бесконтактного |
|
|||
|
|
а |
3 |
|
б |
|
|
|
|
А |
|||
|
|
|
1 |
2 |
Д |
|
|
|
в |
|
|
||
|
|
|
|
г |
И |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 8.2. Роторы синхронного двигателя:
а– внешний вид явнополюсного ротора; б – внешний вид неявнополюсного ротора; в – схема питания явнополюсной машины; г – схема питания
неявнополюсной машины
188
При высокой скорости вращения выступающие полюсные наконечники явнополюсного ротора за счёт собственной массы и трения о воздух испытывают большие механические напряжения и соответст-
вующие потери энергии. Поэтому в быстроходных машинах для повышения механической прочности ротора и снижения потерь энергии Сиспользуют неявнополюсную конструкцию. Неявнополюсные роторы синхронных машин выполняют в виде ферромагнитных цилиндров с продольными пазами (рис. 8.2, б), в которые укладывают обмотку (рис. 8.2, г). Также такой ротор способен выдерживать большие цен-
тробежные ус л я.
Если пр водным двигателем является гидравлическая турбина, то Г называют г дрогенератором. Гидравлическая турбина обычно небольшую частоту вращения (60 – 500 об/мин), поэтому для получен я переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в
гидрогенераторе пр меняют ротор с большим числом полюсов – от 6
до 60. Роторы г дрогенераторов имеют явнополюсную конструкцию. |
|
развивает |
|
Паровая тур |
на ра отает при большой частоте вращения, по- |
этому пр вод мый ею во вращение СГ, называемый турбогенерато- |
|
ром, является |
синхронной машиной. В процессе рабо- |
ты турбогенератора на его ротор действуют значительные центро- |
||
быстроходной |
|
|
бежные силы, поэтому по условиям механической прочности в турбо- |
||
генераторах применяют неявнополюсный ротор. |
|
|
Кроме главных обмоток статора и ротора в |
|
часто используют |
короткозамкнутую обмотку, называемую демпферной. Её и располага- |
||
А |
|
|
ют в полюсных наконечниках ротора (рис. 8.3). |
ля этого в них д елают |
|
пазы, в которые укладывают медные стержни большого сечения. Сна- |
||
ружи концы стержней замыкают пластинами или кольцами. Эта обмот- |
кающих при пульсациях нагрузочного момента при пуске двигателя.
СД ка служит для подавления (демпфирования) Иколебаний ротора, возни-
Рис. 8.3. Внешний вид демпферной обмотки синхронного двигателя
189