Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электромашины. Вопросы и ответы к экзамену. Учебное пособие.pdf
Из (5) с учётом (2) после преобразований получим:
ФC
RIU
e
яяя
−
=ω
ФC
M
I
м
я
=
2
ФСС
MR
ФC
U
ем
я
e
я
−=ω
22
уФем
я
уФe
я
UKСС
MR
UKC
U
−=ω
у
U
ω
у
U
0
M
5
M
1
M
2
M
5
M
. (6)
Из (4) имеем:
. (7)
Из (6) и (7) получим после преобразований:
. (8)
Из (8) с учётом (1) получим:
. (9)
Если считать в (9) независимой переменной напряжение возбуждения
, то тогда (9) задаёт регулировочную характеристику ИДПТПУ, а если элек-
тромагнитный момент М, то механическую характеристику ИДИПТУ.
Вопрос: Постройте семейство графиков РХ ИДПТПУ. Какая величи-
на является параметром этого семейства?
Ответ: Семейство графиков РХ ИДПТПУ имеет вид, представленный на
рисунке 2.12.
Здесь:
— угловая скорость вращения якоря;
— управляемое напря-
жение обмотки возбуждения;
, …,
ния электромагнитных моментов двигателя, причём
— фиксированные (неизменные) значе-
<
< … <
.
Параметром этого семейства является электромагнитный момент
двигателя.
51
43 ÷=Д
( )
M
ωω =
constU
у
=
( )
я
I
ωω =
constU
у
=
Рис. 2.12. Семейство графиков РХ ИДПТПУ
Вопрос: В каких случаях частоту вращения ИДПТПУ регулируют на
спадающем участке РХ? На возрастающем?
Ответ: Частоту вращения регулируют на спадающем участке регулировочных характеристик при малых нагрузках на валу двигателя, когда необходимо увеличить частоту вращения выше номинальной и не требуется снижать
её до нуля.
На возрастающем участке частоту вращения регулируют при больших
моментах нагрузки и необходимости снижения частоты вращения до нуля.
Вопрос: Каков диапазон регулирования частоты вращения ИДПТПУ
на спадающем участке РХ?
Ответ: Диапазон регулирования частоты вращения на спадающем участке
РХ равен
.
Вопрос: Постройте семейство графиков МХ и СХ ИДПТПУ. Какая
величина является параметром этих семейств? К какому типу линий отно-
сятся указанные графики?
Ответ: Семейство графиков механических характеристик (
при
) приведено на рисунке 2.13. Семейство графиков скоростных ха-
рактеристик (
при
) приведено на рис. 2.14.
52
ω
у
U
1
у
U
2
у
U
3
у
U
α
я
I
у
U
Рис. 2.13. Семейство графиков механических характеристик
(ɷ = ɷ (М) при U
= const)
y
Здесь:
момент двигателя;
(главных полюсов). Имеет место
— угловая скорость вращения якоря; M — электромагнитный
— регулируемое напряжение обмотки возбуждения
<
<
.
Параметром этого семейства является коэффициент сигнала
ний — прямые, пересекающиеся. Здесь:
— ток якорной обмотки.
Параметром этих семейств является напряжение
рактеристик представляют собой прямые линии.
.Тип ли-
. Графики этих ха-
Рис. 2.14. Семейство графиков скоростных характеристик
(ɷ = ɷ (Iя) при Uy = const)
53
Вопрос: Как изменяются жесткость и крутизна МХ ИДПТПУ при
изменении электромагнитного момента?
Ответ: При изменении электромагнитного момента жесткость и крутизна
МХ не изменяется.
Вопрос: Как изменяются жесткость и крутизна МХ ИДПТПУ при
изменении напряжения, подводимого к обмотке главных полюсов?
Ответ: При уменьшении напряжении управления жесткость МХ
ИДПТПУ уменьшается, а крутизна МХ увеличивается.
Вопрос: Быстродействие какого способа регулирования частоты
вращения ИДПТ выше: якорного или полюсного? Почему?
Ответ: Выше быстродействие якорного способа регулирования. Это объ-
ясняется тем, что при полюсном управлении сигнал управления преобразуется
через дополнительное инерционное звено — обмотку возбуждения (главных
полюсов).
Вопрос: Какую часть от полной мощности, подводимой к ИДПТПУ,
составляет мощность управления?
Ответ: Мощность управления двигателя с полюсным управлением со-
ставляет 5 % … 30 % от полной мощности двигателя.
Вопрос: Какой способ управления ИДПТ требует меньшей мощности
управления: якорный или полюсный?
Ответ: Меньшей мощности управления требует двигатель с полюсным
управлением.
Вопрос: Возможен или нет самоход в ИДПТПУ? Почему?
Ответ: В ИДПТПУ самоход возможен, т.к. при нулевом напряжении
управления в машине имеется небольшой остаточный магнитный поток, а сле-
довательно, и небольшой электромагнитный момент, который при малом про-
тиводействующем моменте трения может привести якорь во вращение.
54
Вопрос: Какие типы ИДПТ различают по конструкции якоря?
Ответ: По конструкции якоря различают следующие типы двигателей:
1) двигатели с якорем обычного исполнения (с вращающимся ферромаг-
нитным сердечником);
2) двигатели с полым якорем;
3) двигатели с беспазовым якорем;
4) двигатели с цилиндрическим якорем с печатной обмоткой.
Вопрос: Какие характеристики ИДПТ улучшаются при использова-
нии якорей неклассических конструкций? Какие ухудшаются?
Ответ: При использовании якорей неклассических конструкций повыша-
ется быстродействие двигателей и снижается искрение под щётками, но ухуд-
шаются массогабаритные характеристики.
55
3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Рис. 3.2. Реализация с использованием
Рис. 3.3. Реализация с использованием
N S N S N S N
S
Вопрос: Какой тип магнитного поля используется для реализации
вращающихся машин переменного тока? Начертите картину линий маг-
нитной индукции вращающегося двухполюсного магнитного поля для
двух моментов времени с указанием направлений этих линий и обозначе-
нием полюсов данного поля.
Ответ:
Рис. 3.1. Магнитные поля машин переменного тока
Для реализации вращающихся машин переменного тока используется
вращающееся магнитное поле [8].
Вопрос: Начертите картину линий магнитной индукции четырехпо-
люсного магнитного поля с указанием направлений этих линий и обозна-
чением полюсов данного поля.
Ответ:
кольцеобразного четырехполюсного магнита.
системы обмоток с электрическими токами.
56
Вопрос: Поясните принцип создания вращающегося двухполюсного
123
ttt<<
,,aa вв сс
′′′
,,Ia Iв Ic
Ia
a
′
Iв
в
′
с
′
магнитного поля трехфазной системой токов.
Ответ: Для получения вращающегося магнитного поля необходимо, что-
бы обмотки в машине создавали несколько потоков, сдвинутых в пространстве
и во времени. Рассмотрим трехфазную систему катушек. Плоскости и магнит-
ные оси витков катушек расположены под углами 120° друг к другу. Если на
катушки подать симметричную трехфазную систему напряжений, то в них
установятся синусоидальные токи. Каждая катушка с током создает переменное
магнитное поле.
Рис. 3.4. Взаимное расположение катушек в пространстве
Три переменных магнитных поля, складываясь, образуют результирую-
щее магнитное поле. Картина результирующего поля непрерывно изменяется,
но ее можно построить для любого момента времени. Построим картину ре-
зультирующего поля для трех моментов времени:
. Будем полагать,
что каждая катушка представлена одним витком, соответственно
Витки неподвижны и их взаимное расположение указано на рис. 3.4, 3.6. по
виткам протекают токи
, образующие симметричную трехфазную си-
стему. Диаграммы изменения токов приведены на рис. 3.5. За положительное
направление тока
— от в к
и тока Iс — от с к
принимается направление от вывода a к выводу
.
, тока
Картины результирующего поля, изображенные на рисунке 3.6 для мо-
.
ментов времени t1, t2, t3, показывают, что конфигурация линий магнитной индукции по мере изменения токов в неподвижных катушках не изменяется, но
происходит вращение вокруг оси машины всей картины линий магнитной индукции, а следовательно, и продольной оси симметрии поля, соединяющей полюсы N и S [8].
57
Рис. 3.5. Диаграмма изменения токов машины переменного тока
Рис. 3.6. Результирующее поле машины переменного тока
Вопрос: Поясните принцип создания вращающегося четырехполюс-
ного магнитного поля трехфазной системой токов.
Ответ: Токи в трехфазной обмотке могут возбуждать не только двухпо-
люсное, но и многополюсное вращающееся магнитное поле. Для этого количе-
ство катушек в фазе увеличивают в число раз, равное требуемому числу пар
58
полюсов p магнитного поля, а размеры катушек уменьшают во столько же раз.
Например, для создания четырехполюсного поля в каждую фазу обмотки ста-
тора включают по две катушки. Их угловые размеры уменьшают в два раза, т.е.
стороны витков укладывают в пазы, расположенные под углом 180°/2=90°. Оси
катушек разных фаз располагают под углами 120°/2=60°. Скорость вращения
четырехполюсного магнитного поля, как это можно показать, будет в два раза
меньше, чем скорость вращения двухполюсного поля.
Вопрос: Запишите соотношение между частотой вращения двухпо-
люсного магнитного поля, измеренной в оборотах в секунду, и частотой
токов, создающих это поле. Запишите такое же соотношение для
2р-полюсного магнитного поля.
Ответ: Соотношение между частотой n двухполюсного магнитного поля
вращения и частотой токов ƒ имеет вид:
n = ƒ,
а для 2р-полюсного поля:
n = ƒ/p,
где р — количество пар полюсов.
Вопрос: Приведите словесную формулировку необходимых и доста-
точных условий создания вращающегося магнитного поля с помощью пе-
ременного тока в общем случае.
Ответ: Для получения вращающегося магнитного поля необходимо и до-
статочно иметь две или более катушек, продольные магнитные оси которых
сдвинуты в пространстве друг относительно друга на некоторые углы, а по ка-
тушкам протекают переменные токи, сдвинутые по фазе на некоторые углы.
Вопрос: Что называется электрическим углом машины переменного
тока (МПТ)?
Ответ: Электрическим углом машины переменного тока (α
) называется
э
произведение значения геометрического угла (α), образованного двумя полу-
59
плоскостями, проходящими через ось вращения вращающейся машины пере-
менного тока, на число пар полюсов машины (р):
α
=αр.
э
Электрический угол α
характеризует тот же угол α между полуплоско-
э
стями, но измеряет его в электрических градусах [1].
Вопрос: Какие допущения принимают при изучении магнитного по-
ля создаваемого обмотками МПТ в ее воздушном зазоре? Каким типом ли-
нии аппроксимируют линии магнитной индукции в воздушном зазоре
МПТ?
Как они направлены к поверхностям статора и ротора?
Ответ:
Допущения:
1) магнитная проницаемость стали сердечников µ
= ∞;
с
2) пазы и явно выраженные полюсы отсутствуют;
3) воздушный зазор является равномерным и имеет размер δ;
4) активные части обмотки расположены в воздушном зазоре и имеют в
сечении вид бесконечно тонкой ленты с шириной, равной размеру δ зазора;
5) размер зазора δ мал по сравнению с радиусом статора и полюсным де-
лением.
При этих условиях линии магнитной индукции в воздушном зазоре прямолинейны и направлены по нормали к поверхностям статора и ротора, т.е. по
радиусу окружностей, соответствующих указанным поверхностям.
Вопрос: Каков закон требуемого распределения магнитной индукции
вращающегося магнитного поля вдоль воздушного зазора МПТ? Чем обу-
словлен выбор такого закона? Постройте графики указанного распределе-
ния для шестиполюсной машины для двух моментов времени в прямо-
угольной системе координат.
Ответ: Во всех машинах переменного тока закон требуемого пространственного распределения магнитной индукции вдоль средней линии воздушного зазора представляет собой синусоидальную функцию, аргументом которой
является положение точки на средней линии относительно, например, продольной магнитной оси машины. Выбор такого закона обусловлен необходимостью
устранить высшие пространственные гармоники распределения магнитной индукции, которые создают в статоре и роторе существенные вихревые токи.
60