Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические машины. Учебное пособие.pdf
– ток ротора, А:
2н
2н
22
22нSS
E
I
rx
=
+
2
э1 1 1н
р тr I∆ = ⋅⋅
2
э2 2 2н
р тr I∆ = ⋅⋅
э2
эм.н
н
р
Р
S
∆
=
эм.н
эм.н
1н
Р
М =
Ω
эм.н 2н
%
эм.н
100 %.
ММ
М
М
−
∆=
мех эм.н э2
РР р= −∆
м 1н эм.н э1
рРР р∆ = − −∆
д 1н
0,005рР=
мех мех 2н д
рРР р∆ = − −∆
э1 э2 м мех д
рр р р р р∆ =∆ +∆ +∆ +∆ +∆
∑
1н 2н
,рР Р∆= −
∑
r
jx
.
I
E
.
.
2
2нS
2нS
2нS
Рис. 3.1. Электрическая схема замещения
фазы обмотки вращающегося ротора
3. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя.
Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя приведена на рис. 1.5:
– потери в обмотке статора, Вт:
– потери в обмотке ротора, Вт:
;
;
– электромагнитная мощность, Вт:
– электромагнитный момент, Н·м:
Примечание. Относительная разность моментов должна находиться в
пределах 2–10 %;
– механическая мощность, Вт:
– потери в магнитопроводе, Вт:
– добавочные потери, Вт:
– механические потери, Вт:
– суммарные потери, Вт:
;
;
;
;
;
;
.
Проверка:
Вт.
51
4. Параметры электрической схемы замещения фазы обмотки неподвиж-
1н
2н
I Е
U
kk
Е
= =
2
ZE
kk=
22
,
Z
r rk
′
= ⋅
22Z
х хk
′
= ⋅
( )
2н
2н
2
2
2
2
н
E
I
r
x
S
′
′
=
′
′
+
2н
2н
I
I
I
k
′
=
max м 2н
М kМ= ⋅
кр
эм.н
кр
н
max
кр
кр н
2(1 )
;
2
S
М
S
S
М
S
SS
ρ
ρ
+
=
+ +⋅
1
12
.
'
r
Cr
ρ
=
⋅
S
r
2
′
jx′
. I′
E′2н
.
ного ротора (рис. 3.2):
– коэффициент приведения по напряжению и току,
– коэффициент приведения по сопротивлению,
– приведенные сопротивления ротора, Ом:
– приведенный ток ротора, А:
Проверка:
.
.
2
2н
;
;
;
5. Критическое скольжение, определенное по полной и упрощенной фор-
мулам Клосса, Нм.
Полная формула Клосса:
Рис. 3.2. Электрическая схема замещения
фазы обмотки неподвижного ротора
.
где
52
Примечание. Из данного уравнения выразить Sкр.
эм.н
кр
н
мах
кр н
2
.
М
S
S
М
SS
=
+
полн упр
кр.Клосса кр.Клосса
%
полн
кр.Клосса
100 %
SS
S
S
−
∆=
12
кр
22
1 к
.
Сr
S
rx
′
=
+
к1 2
rrr
′
= +
Если двигатель имеет номинальное скольжение в пределах 0,01–0,07, то
определить критическое скольжение возможно по упрощенной формуле Клосса.
Упрощенная формула Клосса:
Примечание. Из данного уравнения выразить S
Определяем погрешность расчета критического скольжения по упрощен-
ной формуле Клосса:
6. Критическое скольжение, определенное по точной формуле:
7. Сопротивления короткого замыкания, Ом:
.
кр
.
— определяем из уравнения максимального момента п. 6.
x
к
лений в цепи ротора используют пусковой реостат, содержащий несколько сту-
пеней. Сначала двигатель разгоняется по искусственной механической характе-
ристике, которая формируется при включении всего пускового реостата, затем
часть реостата отключается и двигатель разгоняется по следующей механиче-
ской характеристике и так далее, пока двигатель не выйдет на естественную
механическую характеристику (пусковой реостат отключен). Пусковой реостат
используют для ограничения пускового тока.
,
8. При пуске асинхронного двигателя с помощью добавочных сопротив-
53
Принципиальная электрическая схема и механические характеристики
2
2 д
1
эм
2
1
2
2 д
1 к
;
2
rr
U
тр
S
М
f
rr
rx
S
π
′′
+
⋅
=
⋅
′′
+
++
21
(1 ) .nn S= −
12 д
кр
22
1 к
()
1.
Сr r
S
rx
′′
+
= =
+
д
0r
′
=
0
1
Мэм, Нм
п2, об/мин
д
0r
′
≠
S
0
Sн
Sкр
1
Мэм, Нм
п2, об/мин
д
0r
′
=
S
0
Sн
Sкр
1
Мэм, Нм
п2, об/мин
при пуске асинхронного двигателя с помощью пускового реостата приведены
на рис. 1.8.
9. Механические характеристики асинхронного двигателя:
– электромагнитный момент,
– скорость вращения ротора,
Для искусственных механических характеристик рассчитывается добавочное сопротивление в цепи ротора из условия, что критическое скольжение
должно быть равно единице:
Данные расчета свести в таблицы.
9.1. Естественная механическая характеристика (
, U1 = 220 В):
S
S
н
S
кр
9.2. Искусственная механическая характеристика (
9.3. Искусственная механическая характеристика (
, U1 = 220 В):
, U1 = 127 В):
54
9.4. Искусственная механическая характеристика (
д
0r
′
≠
S
0
Sн
Sкр
1 Мэм, Нм
п2, об/мин
2 эм
()n fM=
с 2н
1,1ММ= ⋅
1н2
1н
nn
S
n
−
=
( )
2
2
2
2
2 д
2
,
E
I
rr
x
S
′
′
=
′′
+
′
+
2
2н
,
I
I
′
′
На основе расчета по п. 9.1–9.4 построить механические характеристики
.
10. Режимы работы асинхронного двигателя при работе на каждой меха-
нической характеристике.
, U1 = 127 В):
Момент сопротивления, Нм:
Скорость вращения n
определяется по механическим характеристикам п. 9:
2
.
;
А.
Примечание. Приведенный ток ротора определить для всех четырех
случаев.
Произвести сравнение полученных токов с его номинальным значением
и сделать вывод: в каком режиме работает асинхронный двигатель
А.
11. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотах
сети 50 и 60 Гц.
11.1. Естественная механическая характеристика (обмотка статора соединена в треугольник и подключена к сети с линейным напряжением 220 В и частотой 50 Гц, обмотка ротора закорочена).
Расчет данной механической характеристики приведен в п. 9 (характери-
стика 9.1.).
11.2. Естественная механическая характеристика (обмотка статора соединена в треугольник и подключена к сети с линейным напряжением 220 В и частотой 60 Гц, обмотка ротора закорочена).
55
Индуктивное сопротивление короткого замыкания, Ом:
к(60Гц) к(50Гц)
1, 2хх= ⋅
12
кр
22
1 к
;
Сr
S
rx
′
=
+
1
1н
60 f
n
p
=
2 эм
()n fM=
2 эм
()n fM=
max(50 Гц)
max(60 Гц)
М
М
п ( 50 Гц)
п(60 Гц)
.
М
М
От индуктивного сопротивления зависят критическое и номинальное
скольжения:
Для расчета используем формулы, приведенные в п. 9.
.
.
Результаты расчета
S 0 S
н
Sкр 1
Мэм, Н·м
п2, об/мин
На основе расчета в одной системе координат по п. 9.1 построить есте-
ственную механическую характеристику
и искусственную механическую характеристику
f
= 60 Гц.
1
при частоте сети f1 = 50 Гц
при частоте сети
Определяем отношения максимальных моментов и пусковых токов при
подключении обмотки статора к сети с частотой 50 и 60 Гц:
,
По полученным данным сделать вывод.
56
Вопросы для самоконтроля
3
1. Объясните принцип действия асинхронного двигателя.
2. Охарактеризуйте устройство трехфазного асинхронного двигателя с
фазным ротором.
3. С какой целью у асинхронных двигателей все шесть зажимов обмотки
статора выведены в клеммную коробку?
4. Как определить начало и конец обмоток статора?
5. Как обозначаются выводы обмотки статора и ротора у ранее разработанных и вновь разрабатываемых асинхронных машин?
6. Как осуществляется реверсирование трехфазного асинхронного двигателя?
7. В чем сущность метода непосредственной нагрузки при испытании
асинхронного двигателя?
8. С какой целью осуществляется приведение параметров обмотки ротора
к статору и как привести сопротивление ротора к статору?
9. Для чего нужна электрическая схема замещения асинхронной машины
и как определяется ток ротора из схемы замещения?
10. Что такое «скольжение»? Укажите ориентировочное значение номинального и критического скольжений для двигателей общепромышленной серии.
11. Как выглядят механическая и электромеханическая характеристики
асинхронного двигателя? Укажите характерные точки на механической характеристике.
12. Как изменится вращающий момент асинхронного двигателя, если
напряжение на выводах обмотки статора уменьшить в
раз?
13. Что такое «кратность максимального вращающего момента асинхронного двигателя» и какова ее зависимость от напряжения питания двигателя?
14. Какие показатели определяют пусковые свойства асинхронных двигателей?
15. Какие характеристики асинхронного двигателя называются рабочими,
с какой целью снимаются рабочие характеристики?
16. Приведите примерный вид рабочих характеристик асинхронного двигателя и дайте краткий анализ каждой из них.
17. Каков порядок переключений при пуске асинхронных двигателей с
добавочными сопротивлениями в цепи ротора?
18. Приведите энергетическую диаграмму активной мощности асинхронного двигателя. Из чего складываются потери активной мощности?
57
РАЗДЕЛ 2. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
4. Основы теории
Машины постоянного тока, как и все электрические машины, являются
обратимыми, т.е. одна и та же машина может работать генератором (преобразовывать механическую энергию первичного двигателя в электрическую) и двигателем (преобразовывать электрическую энергию, поступающую от источника
питании, в механическую энергию вращения вала машины).
4.1. Конструкция машин постоянного тока
Устройство машины постоянного тока приведено на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Устройство явнополюсной машины постоянного тока:
1 — сердечник основного полюса; 2 — катушка основного полюса;
3 — полюсный наконечник; 4 — сердечник добавочного полюса;
5 — катушка добавочного полюса; 6 — станина; 7 — ярмо; 8 — щитовой подшипник;
9 — сердечник якоря; 10 — вентилятор;
11 — обмотка якоря; 12 — коллектор; 13 — щеточный палец
Машина постоянного тока состоит из неподвижной части — индуктора и
вращающейся части — якоря. Между неподвижной и вращающейся частями
имеется зазор. Неподвижная часть состоит из станины, главных полюсов, предназначенных для создания основного магнитного потока, добавочных полюсов,
58
служащих для настройки на безыскровую коммутацию. К станине крепят бол-
аэм
Ф IсМ ⋅=
тами подшипниковые щиты, главные и добавочные полюсы. Основной (главный) полюс имеет сердечник, набранный из листов электротехнической стали,
стянутый шпильками. На сердечник наматываются катушки обмоток возбуждения. Нижнюю часть сердечника — полюсный наконечник — выполняют так,
чтобы воздушный зазор увеличивался от центра полюса к его концам. Это делается для того, чтобы уменьшить искажение поля в зоне коммутации. У машин постоянного тока с компенсационной обмоткой в полюсных наконечниках
выштамповывают пазы для размещения компенсационной обмотки. Число
главных полюсов всегда четное, причем северные и южные полюсы чередуются, что достигается соответствующим соединением катушек обмотки возбуждения полюсов. Катушки всех полюсов соединяют последовательно.
Добавочный полюс состоит из сердечника, изготавливаемого из электротехнической стали, и обмотки, изготавливаемой из медных шин прямоугольного сечения. Обмотки добавочных полюсов соединяют последовательно с обмоткой якоря, а полюсы устанавливают между главными полюсами. Воздушный зазор под добавочными полюсами значительно больше, чем под главными.
Для создания электрического контакта с поверхностью коллектора в машине устанавливают щетки, которые крепят к щеткодержателю. Все щеткодержатели одной полярности соединяют между собой сборными шинами, присоединенными к выводам машины.
Якорь машины постоянного тока состоит из сердечника с обмоткой, коллектора, вентилятора. Сердечник якоря представляет собой пакет из листов
электротехнической стали, которые для уменьшения потерь от вихревых токов
изолируют друг от друга. Пакет запрессован на валу якоря и удерживается в
сжатом состоянии нажимными шайбами. Каждый лист пакета имеет зубцы, пазы и вентиляционные отверстия. В пазы сердечника укладываются проводники
обмотки якоря. Секции обмотки якоря присоединяют к пластинам коллектора.
4.2. Принцип действия двигателя постоянного тока
Принцип действия двигателя постоянного тока (возникновение электромагнитного момента) основан на взаимодействии тока якоря I
током основных полюсов Ф.
Электромагнитный момент двигателя постоянного тока:
59
. (4.1)
с магнитным по-
а
На рис. 4.2 представлен двигатель с тороидальной обмоткой якоря.
аа
2 iаI ⋅=
Рис. 4.2. Принципиальная электрическая схема
двигателя постоянного тока:
1 — главные полюсы индуктора; 2 — якорь с тороидальной обмоткой;
3 — коллектор; 4 — щетки
Если на обмотку возбуждения двигателя подать постоянное напряжение
U
указанной на рис. 4.2 полярности, то в обмотке возбуждения возникнет ток
в
возбуждения I
и постоянный магнитный поток Ф, направления силовых линий
в
которого определяются по правилу буравчика, образуя северный — верхний
и южный — нижний полюсы. При подключении обмотки якоря двигателя к питающей сети с напряжением U в цепи создается якоря ток I
. Коллекторное
а
устройство двигателя разделяет обмотку якоря на две параллельные ветви.
Направление тока параллельной ветви в проводниках под северным полюсом — на нас , в проводниках под южным полюсом — от нас
⊗. Ток парал-
лельной ветви обмотки якоря
, взаимодействуя с магнитным потоком
60