Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические машины. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Рассмотрим основные способы пуска, представив цепь якоря

0n

0





I 

НЯ

II )64( 

ПЯ





контуром, содержащим источник U, ЭДС EЯ и сопротивление обмотки якоря RЯ.

1. При прямом пуске на якорь подают номинальное напряже-

ние. При частоте вращения вала

, ЭДС якоря

и, согласно

выражению

, (2.2)

ток якоря двигателя

. (2.3)

Если в цепи якоря нет добавочного сопротивления, а сопротивление обмотки якоря мало, то пусковой ток может значительно превышать номинальный.

Вследствие этого прямой пуск применяется только для двигателей мощностью до нескольких сотен Ватт, у которых

относи-

тельно велико и поэтому при пуске

а процесс пуска длится не более 1-2 с.

2. При реостатном пуске для уменьшения начального пускового

тока якоря в цепь якоря включают пусковой реостат.

В начальный момент пуска

, (2.4)

где

– сопротивление пускового реостата.

Рассмотренный способ пуска в настоящее время практически не применяется, в основном, из-за своего главного недостатка – значительных потерь в пусковом реостате в процессе пуска.

3. Пуск при пониженном напряжении на якоре. Для снижения

)(Mfn 

constU 

constФ 

ФCC

мe

регулЯ





напряжения на якоре применяют управляемые выпрямители, выходное напряжение которых подают на якорь двигателя. В момент пуска выходное напряжение выпрямителя устанавливают таким, чтобы ток якоря не превышал 1,5-2 номинальных значения. По мере разгона двигателя, выходное напряжение выпрямителя увеличивают, обеспечивая тем самым быстрый и плавный пуск двигателя. В процессе запуска угол управления выпрямителя уменьшают так, чтобы разность напряжения на якоре и противоЭДС оставалась постоянной. Данный способ пуска особенно эффективен для мощных двигателей.

2.5. РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДПТ

Используем для описания процессов регулирования частоты вращения механические характеристики

Для двигателей параллельного и независимого возбуждения их строят при

Учитывая это, для общего случая

. (2.5)

Обозначения смотри в пояснениях к формулам (2.1), (2.4).

Если напряжение якоря и поток – номинальные, а в цель якоря не включено дополнительное сопротивление, получаем естественную механическую характеристику 1 (рис. 2.15).

Если в цепь якоря включать дополнительные сопротивления, изменять напряжение якоря или поток – характеристики называются искусственными.

Можно уменьшить частоту вращения, вводя в цепь якоря регулировочный реостат R

. При этом возникают значительные потери в

регул

регулировочном реостате (теряется 50 % подведенной к двигателю

регул

3 2 1



ФФ 

ФФUU  ,

UU 5.0

мощности при номинальной частоте вращения – характеристика 2). По этой причине данный способ применяется только для маломощных двигателей.

Рис. 2.15. Естественная механическая характеристика

n0 – частота вращения холостого хода; nН – номинальная частота вращения;

MН – номинальный момент двигателя

Широко применяется регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока изменением напряжения подводимого к якорю двигателя – характеристика 3 (см. рис. 2.15). Чтобы уменьшить искрение под щетками, применяют регулирование напряжения якоря уменьшением частоты вращения вниз от номинальной частоты. Такое регулирование осуществляют с помощью управляемого тиристорного выпрямителя (УВ) с высоким КПД.

На рис. 2.16 представлено семейство механических характеристик как зависимости круговой частоты вращения вала двигателя от момента на валу.

Рис. 2.16. Механические характеристики

при регулировании напряжения якоря

Жесткость характеристик в данном способе регулирования соответствует жесткости естественной характеристики. Ранее для регулирования широко применялась система «генератор – двигатель» – Г-Д, в настоящее время зачастую применяют систему «управляемый полупроводниковый преобразователь – двигатель», например, УВ-Д. Современные преобразователи позволяют получить диапазон регулирования скорости до 10000, т. е.

(2.6)

Возможно регулирование частоты вращения двигателя измене-

нием магнитного потока (см. рис. 2.15, характеристика 4). При включении регулировочного реостата в цепь обмотки возбуждения (рис. 2.17, а), магнитный поток Φ снижают относительно номинального, при этом частота вращения двигателя ω растет. Жесткость характеристик при изменении магнитного потока несколько уменьшается (рис. 2.17, б) относительно естественной характеристики. Следует обратить внимание на то, что при малых значениях тока возбуждения или при случайном обрыве цепи возбуждения скорость вращения двигателя резко возрастает, что может привести к разрушению двига-

теля. Двигатель идет «в разнос». Поэтому при эксплуатации двигателей необходимо следить за исправностью цепи возбуждения.

а б

Рис. 2.17. Механические характеристики (а)

и схема регулирования скорости изменением магнитного потока (б)

На схеме рис. 2.17 изображен также пусковой реостат rп (см. п. 2.4).

Глава 3. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Асинхронной машиной (АМ) называется электрическая машина, у которой в установившемся рабочем режиме основное магнитное поле и ротор вращаются с разными частотами. АМ используются, главным образом, в качестве двигателей [1-3].

3.1. УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Неподвижная часть АМ называется статором (рис. 3.1, а), а подвижная – ротором (рис. 3.1, в, г). Сердечник статора (рис. 3.1, б), как и ротора, состаит из листов электротехнической стали, которые до сборки обычно покрываются с обеих сторон изоляционным лаком [46]. Сердечник статора закрепляется в корпусе, а сердечник ротора – на валу машины. Вал ротора вращается в подшипниках, которые помещаются в подшипниковых щитах на статоре. На внутренней ци-

линдрической поверхности сердечника статора и на внешней поверхности сердечника ротора имеются пазы, в которых размещаются проводники обмоток статора и ротора (рис. 3.1, д).

Рис. 3.1. Устройство асинхронной машины

а – корпус с сердечником статора; б – сердечник статора; в – короткозамкнутый ротор;

г – фазный ротор с контактными кольцами; д – магнитная система

Обмотка статора машины выполняется обычно трехфазной. Ее подключают к трехфазной сети.

Обмотка ротора может быть выполнена также трехфазной. Концы фаз соединены в звезду (см. рис. 3.1, д). Начала фаз – с помощью контактных колец и металлографитных щеток – соединены со статором. Такую АМ называют машиной с фазным ротором.

Если в каждом пазу ротора находится медный или алюминиевый

,sin tIi





),120sin(0 tIi



).120sin(0 tIi



стержень и концы всех стержней с обоих торцов ротора соединены с медными или алюминиевыми кольцами, которые замыкают стержни накоротко, – это АМ с короткозамкнутым ротором.

Воздушный зазор между статором и ротором в АМ выполняется минимально возможным по условиям производства и надежности работы и тем больше, чем крупнее машина. АМ как правило охлаждаются воздухом.

Принцип работы АМ основан на действии вращающегося магнитного поля. Оно создается неподвижной обмоткой статора.

Круговое вращающееся магнитное поле представляет собой магнитное поле, вектор результирующей магнитной индукции которого имеет постоянное значение и вращается с постоянной угловой скоростью.

Неподвижная в пространстве трехфазная обмотка создает вращающее магнитное поле если:

1) фазы обмоток сдвинуты в пространстве на 120 электрических

градусов;

2) токи сдвинуты во времени по фазе на 120 градусов.

Рассмотрим образование вращающегося магнитного поля на примере двухполюсного АД. Начала фаз А, В, С сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов. Токи фаз изменяются по синусоидальному закону:

(3.1)

На рис. 3.2, а изображена картина магнитного поля в поперечном сечении магнитоповода (сердечников статора и ротора, разделенных воздушным зазором) для момента времени ωt = 90 °. Ток в фазе А обмотки статора максимальный. Ось магнитного поля совпадает осью фазы А.

На рис. 3.2, б изображена картина магнитного поля в поперечном



сечении магнитоповода для момента времени ωt = 90+30 °. Здесь мгновенные значения токов в фазах А и С обмотки статора одинаковы. Ось магнитного поля повернулась относительно оси фазы А на 30 ° по часовой стрелке – в направлении чередования фаз.

Рис. 3.2. Образование вращающегося магнитного поля

Следовательно, за период тока в обмотке статора магнитное поле совершит один оборот. Можно сказать, что вектор результирующей магнитной индукции и магнитное поле вращается с угловой скоростью ω по направлению от начала фазы А к началу фазы В, т. е. в сторону чередования фаз.

Для того чтобы изменить направление вращения поля, достаточно сменить чередование фаз – изменить соединение с сетью двух фазных выводов обмотки статора.

Магнитное поле вращается с частотой:

[об/мин], (3.2)

где f1 – частота тока статора; р – число пар полюсов.

При стандартной частоте промышленного тока 50 Гц получаем:

222

cos





р = 1, n1 = 3000 об/мин; р = 2, n1 = 1500 об/мин; р = 3, n1 = 1000 об/мин; р = 4, n1 = 750 об/мин и т.д.

3.2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Магнитный поток, создаваемый обмоткой статора, при своем вращении пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Под действием этих ЭДС протекают токи в обмотке ротора, также создающие вращающийся с той же частотой магнитный поток ротора. Возникает результирующий вращающийся поток в магнитопроводе, в результате взаимодействия токов в проводниках ротора с которым возникают действующие на проводники электро-магнитные силы и вращающий электромагнитный момент М = F∙Dр/2.

Вращающий момент создается только активной составляющей тока ротора, совпадающей с ЭДС по фазе:

, (3.3)

где ψ2 – угол сдвига фаз между ЭДС и током ротора.

3.3. РЕЖИМЫ РАБОТЫ АМ

В зависимости от частоты вращения и направления вращения ротора по отношению к полю различают 4 режима:

1) режим двигателя;

2) режим генератора;

3) режим идеального холостого хода;

4) режим противовключения (режим электромагнитного тормоза).

Различают также номинальный режим работы – это предельный режим, при котором двигатель не нагревается, иначе наступает перегрузка двигателя, его перегрев и выход из строя.

Для описания режимов работы АМ используется величина, называемая скольжением s.

Скольжение – это разность между частотой вращения поля n1 и













2 n





частотой вращения ротора n, отнесенная к частоте вращения поля:

, (3.4)

где

– круговая частота вращения поля.

1. Режим двигателя.

При этом 0 < n < n1 и 1 > s > 0, электромагнитный момент вращает двигатель в сторону вращения магнитного поля.

Здесь АМ вращает исполнительный механизм.

Если n = 0 и s = 1, то это режим короткого замыкания. Этот режим используется для определения параметров двигателя, т. е. активных и индуктивных сопротивлений схемы замещения, описывающей изменение токов, напряжений, момента машины и т. д.

2. Режим генератора.

Здесь n1 < n и -∞ < s < 0, при этом электромагнитный момент направлен в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля. Момент становится тормозным. Электрическая машина отбирает механическую мощность с вала приводного двигателя (например, с вала ДВС) и преобразует ее в электрическую мощность, которая передается потребителю.

3. Режим идеального холостого хода.

n = n1 и s = 0, при этом нет пересечения поля проводников ротора, поэтому ЭДС ротора равна нулю, ток в роторе отсутствует, момент не создается. Этот режим не является рабочим. Он используется для определения параметров ЭМ.

4. Режим противовключения (режим электромагнитного тормоза).

Здесь n < 0 и ∞ > s > 1, при этом ротор ЭМ вращается в противоположную относительно поля сторону.

АД переходит в этот режим, если в момент его вращения сменить чередование фаз обмотки статора. При этом ротор по инерции продолжит вращаться в прежнюю сторону, а магнитное поле начнет вращаться в другую сторону. Двигатель начинает интенсивно тормо-

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]