pdf.php@id=6159.pdf

имн из сети емкостный ток /с по величине был равен току 1^. Очевидно, что при этом потребляемый из сети ток

'е+ 'й-О-

Рубильник Р можно поэтому отключить, и асинхронный генератор АГ будет работать на изолированную местную сеть с приемниками Я и С. Тйк как при этом,

хронная машина отдает в сеть емкост­ ный ток».

В практике энергетических систем термины, «реактивный ток» и «реактив­ ная мощность» принято связывать с от­ стающим (индуктивным) током. При этом говорят, что конденсаторы отдают в сеть реактивный ток я реактивную мощность в являются генераторами реактивной мощности.

Л з сказанного следует, что при чисто активной нагрузке асинхронного генератора мощность конденсаторов должна равняться реактивной (намаг­ ничивающей) мощности генератора. Если же нагрузка будет иметь смешан­ ный активно-индуктивный характер, то мощность конденсаторной батареи необходимо соответственно увеличить, чтобы она покрывала также реактив­ ную мощность нагрузки. При смешан­

ной активно-емкостной нагрузке Требуется конденсаторная батарея меньшей мощности, а при определенных условиях эта батарея становятся излишней.

Схема замещения-асиихронного генератора с самовозбуждением прн помощи конденсаторов и с нагрузкой 2НГ изображена на рис. 29-7. На основании этой схемы могут быть найдены Все Соотношения н величины, характеризующие режим работы генератора. В частности, на основе баланса реактивных мощностей с уче­ том потерь реактивной мощности в сопротивлениях хл , х'0%и хи мощноопределить

необходимую мощность и необходимую емкость конденсаторов. Векторная диа­ грамма самого асинхронного генератора с самовозбуждением имеет обычный вид н не зависят от того, откуда генератор потребляет необходимую реактивную мощность.

Выяснив в общих чертах работу асинхронного генератора с самовозбужде­ нием в установившемся режиме, рассмотрим процесс его самовозбуждения на холостом ходу (рис. 29-8), пренебрегая активными сопротивлениями.

Ввиду наличия потока остаточного намагничивания ротора асинхронной машины, при вращении ротора в обмотке статора индуктируется некоторая э д. с. Еост (рис. 29-8). Эта э. д. с. вызывает в конденсаторах ток Гс , который, протекая

по обмотке статора машины, усиливает его магнитный поток. В результате индук­ тируемая э. д. с. и ток конденсатора увеличиваются и т. д.

На рис. 29-8 зависимость индуктируемой в обмотке статора генератора э. д.с. от намагничивающего тока в этой обмотке /„ или от тока конденсатора 1С — / м

изображена в виде кривой холостого хода нли кривой намагничивания (л;о1+ + ха)1с . Прямая 11 =- хс1с определяет зависимость напряжения конденсатора

от его тока. Процесс самовозбуждения на рис. 29-8 условно изображен ступенча­ той линией. Э. д. с. остаточного намагничивания вызывает в конденсаторе ток

Чс~ х~~~ ш1^ост-

ХС

Этот ток, протекая по обмотке статора машины, индуктирует в ней э. д. с. Е ', которая вызывает в конденсаторе ток 1^, индуктирующий э. д. с. Е \, и т. п.

Процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока

(*(у1 + *м) /С> ХС!0

и заканчивается, когда в результате увеличения насыщения сопротивление хи уменьшается настолько, что наступает равенство (точка А на рис. 29-8)

(х 01 + хн) 1 С ~ ХСНе­

очевидно, что процесс самовозбуждения асинхронного генератора во многом аналогичен процессу самовозбуждения генератора постоянного тока (см. § 9-4).

Выше предполагалось, что первоначальный толчок тока статора при самовозбуЖдеиии возникает в результате действия потока остаточного намагничива­ ния. Вместе с тем роль первоначального толчка может сыграть такжеток разряда предварительно заряженной конденсаторной батареи, наводка тока внешним магнитным полем и флуктуация электронов в цепи обмотки статора. Последние две причины на практике часто оказываются недостаточно сильными для разви­ тия самовозбуждения.

Мощность конденсаторной батареи самовозбуждающегося асинхронного генератора достаточно велика (до 70—100% от номинальной мощности генера­ тора), что делает установку дорогой. В связи с этим такие генераторы находят в настоящее время весьма ограниченное применение. Иногда явление самовоз­ буждения асинхронной машины с подключенными к ней конденсаторами исполь­ зуется для торможения асинхронных двигателей после отключения их от сети. Торможение при этом происходит за счет потерь, возникающих в самовозбужденной машине и приключенных к ней сопротивлениях.

Самовозбуждение асинхронной машины возможно также при включении конденсаторов во вторичную цепь, однако этот случай ввиду малой частоты в цепи ротора малоэкономичен.

§ 29-3. Асинхронные машины с массивным ротором

Ротор асинхронной машины можно изготовить из массивной стальной по­ ковки и без пазов. В этом случае роль обмотки ротора играет сам массивный ро­ тор, в котором вращающееся магнитное поле будет индуктировать токи.

Массивный ротор имеет большое преимущество в прочности. В связи с этим асинхронные двигатели на высокие скорости вращения (10 000—100 000 об/мин)

строятся с массивным ротором. Такие двигатели применяются в различных уста­ новках специального характера, в частности в гироскопических навигационных устройствах, и питаются током повышенной частоты (400— 1000 гц).

Активное га и индуктивное х л сопротивления массивного ротора ввиду сильно

выраженного поверхностного эффекта значительно зависят от скольжения. Так,

личивается. Вследствие подобного изменения параметров геометрическое место токов машины с массивным ротором имеет вид, изображенный на рис. 29-9 сплош­

двигатель имеет большое номинальное скольжение и большой намагничиваю­ щий ток. С увеличением геометрических размеров машины, а также при увеличе­ нии номинальной скорости вращения рабочие характеристики двигателя улуч­ шаются. Так, асинхронный двигатель с массивным ротором на / = 50 гц и Рв = = 20 000 + 50 000 кетимел бы номинальное скольжение значительно менее 1%.

В двигателях относительно небольшой мощности на высокие скорости вращения для улучшения рабочих характеристик иногда внешнюю поверхность массивного стального ротора покрывают медью. С этой же целью применяются медные кольца, прикрепленные к торцевым поверхностям массивного ротора. Роль этих колец аналогична торцовым короткозамыкающим кольцам беличьей клетки, и активное сопротивление ротора с такими кольцами уменьшается. Иногда на цилиндрической поверхности ротора выполняют также пазы, но без укладки в них обмотки. При этом площадь внешней рабочей поверхности ротора, нагруженной токами, уве­ личивается, что приводит к уменьшению активного сопротивления ротора.

§ 29-4. Линейные и дуговые асинхронные машины

Если представить себе, что обычный круглый статор асинхронного двигателя разрезан по осевой плоскости и выпрямлен в плоскость или разогнут по дуге большего радиуса, чем радиус исходного круглого статора, то получится статор линейной (рис. 29-10, а) или дуговой (рис. 29-10, б) асинхронной машины.

Трехфазная обмотка такого статора создает в воздушном зазоре в пределах сер­ дечника статора соответственно бегущее или вращающееся магнитное поле.

Движущаяся часть линейной машины называется б е г у н о м , а движу­ щаяся часть дуговой машины — р о т о р о м . Бегун и ротор могут иметь кон­ струкцию, свойственную роторам нормальных короткозамкнутых асинхронных машин, т. е. иметь сердечники из листовой электротехнической стали и обмотку

§ 29-5. Магнитогидродинамические машины переменного тока

Одной из разновидностей магнитогидродинамических машин переменного тока являются индукционные насосы для жидких металлов, которые подразде­

ские.

Плоские насосы (рис. 29-11) имеют обычно два индуктора, каждый из которых состоит из сердечника 1 и многофазной (обычно трехфазной) обмотки 2. Между индукторами находится плоский канал прямоугольного сеченияЗ с жидким метал­ лом. Стенки канала в зависимости от свойств жидкого металла могут быть как металлическими, так и керамическими. Между стенками канала и индукторами в большинстве случаев имеется слой тепловой изоляции. Бегущее магнитное

Рис. 29-11. Устройство плоского лицеВиого индук­ ционного насоса для жидких,металлов

поле индукторов наводит в жидком металле токи, и вследствие взаимодействия этих токов с магнитным полем возникают электромагнитные силы, действующие на частицы жидкого металла. В результате развивается напор, и жидкий металл приходит д движение но направлению движения лоля с некоторым скольжением относительно его.

Цилиндрические насосы имеют канал кольцевого сечеиия, внутри которого расположен сердечник без обмотки, а снаружи — с обмоткой. Обмелит создает магнитное поле, бегущее вдоль оси канала.

Представление о в р н т о в ом и н д у к ц и о н н о м н а с о с е можно получить, если предположить, что ротор асинхронного двигателя заторможен, зубцы ротора вместе с обмоткой срезаны н в зазоре, образовавшемся между внеш­ ним и внутренним сердечниками, навит винтовой канал.

Индукционные насосы находят применение в исследовательских, транспорт­ ных и промышленных установках с яДерными реакторами на быстрых нейтронах, в которых для отвода тепла используются жидкометаллические теплоносители (натрий, калий, их сплавы и др.). Создаются также разные установки для метал­ лургии и литейного производства. Все виды индукционных насосов обратимы, и насосы могут работать в режиме асинхронного генератора, если по нх каналам За счет внешнего источника прокачивать жидкий металл со скоростью выше скорости движения поля. МагнитОгидродинамические генераторы с жидкими металлами, а также с парами жидких металлов имеют перспективы практического применения в разных энергетических установках, в том числе с ядерными реакто­ рами [58]. Предложены различные конструктивные разновидности подобных генераторов. Однако на пути их создания имеются различные трудности, из которых можно отметить проблему разгона жидких металлов за счет содер­ жащейся в них тепловой энергии.

§ 29-7. Работа трехфазных асинхронных двигателей при неноминальных условиях

Изменение частоты. Частота сети Д может отличаться от номи­ нальной /н, в особенности, в маломощных автономных энергетиче­ ских установках (транспорт, лесоразработки, изолированные стро­ ительные объекты и пр.). Рассмотрим влияние изменения частоты на работу двигателя, когда Ц1 = С/1н = сопз! и момент нагрузки на валу Мст равен или близок номинальному.

Если пренебречь падениями напряжения, то

откуда следует, что при У1 — сопз! изменение /* приводит к изме­ нению потока двигателя Ф. С другой стороны,

М = М > /2 С05 ф 2,

откуда следует, что при М„ = сопз1 изменение Ф приводит к изме­ нению вторичного тока /2 и нагрузочной составляющей первичного тока.

Ввиду заметного насыщения магнитной цепи асинхронных дви­ гателей уменьшение ]х и соответствующее ему увеличение Ф приво­ дят к значительному увеличению намагничивающего тока /„. На­ пример, уменьшение на 10% обычно вызывает увеличение / и на 20—30%. Хотя при увеличении Ф и Мст= сопз! ток / а соответ­ ственно уменьшается, более значительное увеличение намагничи­ вающего тока может вызвать общее увеличение первичного тока и перегрев первичной обмотки.

Увеличение и соответствующее ему уменьшение Ф приводят к заметному уменьшению намагничивающего тока. При этом, од­ нако, при М„ = сопз1: растет ток / 2, что приводит к перегрузке током обмотки ротора, а при определенных условиях также и к пе­ регрузке обмотки статора.

Таким образом, как уменьшение, так и увеличение частоты вы­ зывают ухудшение условий работы асинхронных двигателей, рабо­ тающих при нагрузках, близких к номинальным. Поэтому колеба­ ния частоты сети должны быть ограничены. По ГОСТ 183—66 дви­ гатели должны отдавать номинальную мощность при отклонениях

ству (29-2), к тем же последствиям, как и изменение частоты, с той лишь разницей, что уменьшение V1 вызывает также уменьшение Ф и наоборот. Поэтому изменение 1)х при ]х — сопзГ и при нагрузках, близких к номинальным, тоже приводит к ухудшению условий работы асинхронных двигателей. В связи с этим колебания IIх

также должны быть ограничены. На основании ГОСТ 183—66 дви­ гатели должны отдавать номинальную мощность при отклонениях напряжения сети от номинального в пределах от —5 до +10% . При одновременном отклонении напряжения и частоты двигатели переменного тока, согласно ГОСТ 183—66, должны отдавать номи­ нальную мощность, если сумма процентных значений этих откло­ нений без учета знаков не превосходит 10%.

Переключение обмоток слабо загруженных асинхронных дви­ гателей с треугольника на звезду. Как было установлено, при боль*

Рас. 29-13. 'Рабочие характеристика асинхронного двигателя 28 лат, 975 об!мин при соединениях обмотки статора в трегульник и звезду и при напряжении сети, равном номинальному фазному напряжению двигателя

шой нагрузке асинхронного двигателя уменьшение напряжения н$ его зажимах приводах к перегрузке обмоток двигателя токами Ы всеми вытекающими отсюда 'Последствиями (увеличение потерн уменьшение к. п. д., перегрев обмоток). Однако если двигателк нагружен слабо, например до 35—40% от номинальной мощности^ то уменьшение 1/х может привести к улучшению энергетических; показателей двигателя. Действительно, намагничивающий ток /* в результате уменьшения потока при этом весьма значительна уменьшается и, следовательно, коэффициент мощности заметно уве* личивается. Уменьшаются пропорционально также магнитные потери. Хотя при М„ — сопз4 уменьшение 1]х будет вызывать со­ ответствующее увеличение /«, вследствие недогрузки двигателя, величина может не превышать номинального значения. Нагрузоч^ ная составляющая 1Хувеличивается тай же, как /«, но ввиду умени шения /„ результирующая величина / 2 может даже уменьшиться/

В результате указанных причин величина к. п. д. I] может увели­ читься.

По ряду причин некоторые асинхронные двигатели в условиях эксплуатации могут быть сильно недогруженными. Если обмотки статора таких двигателей нормально соединены в треугольник, то для улучшения ссй <р и к. п. д. двигателей может оказаться целе­ сообразным переключение их в звезду. Напряжения фаз при этом

уменьшатся в У 3 раза, что вызовет также уменьшение Ф в У З раза, уменьшение /„ в 2—2,5 раза и при условии М„ = сопз1 = увели­ чение /$ в У з раза. Если при этом к. п. д. улучшится или даже ос­ танется неизменным, то для улучшения со$ <р сети целесообразно переключить обмотки статора в звезду. Величина нагрузки, ниже которой такое переключение для данного двигателя целесообразно, долита быть установлена путем расчета или экспериментально.

На рйс. 29-13 в качестве иллюстрации к сказанному приведены характеристики двигателя на 28 кет, 975 об!мин. Из этих характе­ ристик видно* что для улучшения соз ср переключение обмоток этого двигателя в звезду целесообразно при нагрузках ниже 40% от но­ минального значения, когда со$ <р и т| будут выше, чем при соеди­ нении в треугольник.

§ 29-8. Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей

Предварительные замечания. Несимметричные режимы работы асинхронных Двигателей возникают в следующих случаях: 1) при искажении симметрии напряжений сети, 2) при несимметрии со­ противлений в цепях статора ц ротора, 3) при несимметричной схеме соединений обмоток двигателя. Такие режимы могут возникнуть как результат отклонения условий работы двигателя от нормаль­ ных, в частности, вследствие неисправностей и аварий. В ряде случаев несимметричные режимы используются для получения характеристик с особыми свойствами. Рассмотрим некоторые не­ симметричные режимы и будем полагать, что устройство асинхрон­ ной машины в целом и фаз ее обмоток является симметричным.

Несимметричные режимы работы асинхронных машин целе­ сообразно исследовать с помощью метода симметричных составляю­ щих, пренебрегая насыщением и пользуясь методом наложения. Составляющие нулевой ^последовательности в токах обмоток асин­ хронных двигателей обычно не возникают, так как нулевые точки этих обмоток, если обмотки соединены в звезду, обычно изолиро­ ваны. Поэтому следует рассмотреть поведение асинхронных машин по отношению к составляющйм напряжений н токов прямой и обрат­ ной последовательности.

Работа асинхронной машины при несимметрии приложенных напряжений. Пусть система трехфазных напряжений, приложен­ ных к первичной обмотке асинхронной машины, несимметрична и содержит составляющие прямой (1/и) и обратной (1112) последова­ тельности. Все изложенное в предыдущих главах относилось к асинхронной машине с напряжениями и токами прямой последо­ вательности. Повторим здесь вкратце полученные выше резуль­ таты, введя дополнительный индекс 1 для обозначения прямой последовательности, а затем распространим эти результаты на на­ пряжения и токи обратной последовательности (с дополнительным индексом 2).

Рис. 29-14. Схемы замещения асинхронной машины для токов и напряжений прямой (а) и обратной (б) последовательности

Напряжения 11ц вызывают в первичной цепи машины токи пря­ мой последовательности 1 ц . Эти токи создают магнитное поле и по­ ток прямой последовательности, которые вращаются со скоростью

и индуктируют токи прямой последовательности / 21 во вторичной обмотке. Токи 1 ц и / 21 создают общее магнитное поле прямой по­ следовательности, вращающееся со скоростью пх. Скольжение ро­ тора относительно этого поля есть скольжение прямой последова­ тельности:

когда ротор вращается в сторону поля прямой последова­ тельности.

Для системы токов и напряжений прямой последовательности действительна схема замещения рис. 29-14, а, которая идентична со схемами замещения рис. 24-6. Эта схема позволяет рассчитать токи 1и и /21, если известны 11п и параметры машины,