Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника и электроника
.pdf
91
I
I
E
E
ϕ
=
=
ω
30
π
θ
φ
I
E
•
•
IjX
C
C
U
Φ
1
•
0
•
C
Рис
. 6.21
Построение векторной диаграммы начинаем с вектора фазного на
•
пряжения
Далее, из конца вектора
тор падения напряжения на индуктивном сопротивлении
нив начало вектора
•
и
0
угол
U .
θ
Под углом сдвига фаз
Φ
1
•
U и
между векторами
Φ
1
•
U
под углом
Φ
1
начало вектора
•
U и
Φ
1
ϕ
строим вектор тока статора
•
900 к
вектору тока
•
•
.
0
IjX
,
получаем вектор ЭДС
C
C
строим век
C
C
Принимая, что синхронная машина идеальная, т.е. без потерь, мощ
ность на валу двигателя
2P
будет равна потребляемой активной мощности
•
IjX
.
C
•
Соеди
.
C
-
-
-
P из
сети
1
:
cos3
IUPP
112 C
Φ
(
кВт
),
(6.24)
где
ϕ –
угол сдвига фаз
.
6.3.3. Формула электромагнитного момента. Угловая
характеристика.
Электромагнитный (вращающий) момент синхронного двигателя ра
вен
:
P
ω
= ,
1
2
Н·м
),
1
n
1
.
:
где
–
1
где
1n –
С учетом
M = (
угловая частота вращения магнитного поля статора
ω
частота вращения магнитного поля, об/мин
(6.24)
электромагнитный момент будет
-
, 1/с.
ϕ
≡
≡
≡
(
)
θ
=
2
π
м
Н
⋅
>
IU
1
C
M
=
Φ
ω
(6.25)
В таком виде
скольких преобразований
(6.26)
Проанализируем полученное выражение
•
момент пропорционален фазному напряжению
снижение напряжения не оказывает существенного влияния на
момент, в отличие от асинхронного двигателя
•
момент пропорционален ЭДС
(6.25)
M
формула момента не используется. После не
[3]
формула момента примет следующий вид
3
=
ω
Φ
X
101C
C
1
cos3
EIU
92
sin
0E ,
θ
:
;
соответственно току возбуж
UM ,
1
поэтому
Φ
-
:
-
дения
мент
IUM
,
поэтому, чем больше ток, тем больше мо
B
Φ1
.
Под угловой характеристикой понимается зависимость момента дви
гателя от угла
На рис
ля
.
θ:
. 6.22
fM
.
приведена угловая характеристика синхронного двигате
M(
)
IВ>IB1
Mкр
0
I
II
π
IВ1
θ
-
-
-
Рис
. 6.22
Угловая характеристика позволяет проанализировать процессы в дви
гателе при изменении нагрузки на валу ротора. При появлении момента
сопротивления
грузки
θ
увеличивается и в соответствии с угловой характеристикой уве
личивается вращающий момент двигателя
CM на
валу двигателя ротор притормаживается, угол на
М.
При равенстве
М = МС на-
ступает новый установившийся режим. При номинальном режиме двига
теля
М
соответствующий угол
НОМ
θ
HOM
0
3025 −=
.
При
MM
C
max
ротор
-
-
-
-
93
2
π
=
>>
>
(
)
=
=
отстаёт больше чем на максимально допустимый угол
θ
= ,
момент дви
гателя начнет уменьшаться, ротор будет замедляться вплоть до полной ос
тановки. Этот процесс называется
при котором машина должна быть отключена от сети
Существуют два способа регулирования частоты вращения
•
изменением частоты питающей сети
разователя частоты
•
изменением числа пар магнитных полюсов
но практического применения этот способ не получил
выпадением двигателя из синхронизма,
.
2n :
var
f с
1
'fff
;
C
11
помощью преоб
pp ,
.
...3,2,1var
6.3.4. Пусковые режимы синхронного двигателя
Известно
[2],
что синхронный двигатель не обладает собственным
пусковым моментом. Если его включить в сеть, то ротор будет совершать
колебания около положения равновесия с частотой
не запустится
.
f = 100 Гц, и
двигатель
Чаще всего синхронный двигатель запускают в асинхронном режиме
(
рис
. 6.23) в
следующей последовательности
B(L2)A(L1)
С(L3)
:
-
-
-
О.В.
К1
RB
+
RД
1. С
помощью контакта
от источника питания
K на
2.
Подключают трехфазную статорную обмотку к сети, в ней об
дополнительное сопротивление
2
разуется вращающееся магнитное поле с частотой вращения
К2
Рис
1K
BU и
60
n
= (
1
UB
-
. 6.23
отключают обмотку возбуждения ОВ
замыкают ее с помощью контакта
ДR .
f
1
об/мин
).
p
-
:
94
=
()(
)
=
=
ϕ
ИН
0
U E
• •
<
<
(
)
>
ϕ
cos
>
ϕ
cos
Этот магнитный поток, пересекая витки дополнительной пусковой
обмотки
(
типа
«
беличьей клетки
»),
расположенной на роторе, наводит в
ней ЭДС, и по обмотке идет ток. Этот ток, взаимодействуя с вращающимся
магнитным полем, образует электромагнитный момент аналогично асин
хронному двигателю, который начинает разгонять ротор до частоты вра
щения
2n .
3.
При достижении ротором частоты вращения
помощью контакта К
подключают обмотку возбуждения (ОВ
1
09895.0 nn ÷=
12
с
к источнику питания. Ротор после нескольких колебаний вхо
дит в синхронизм
4.
После достижения синхронизма отключают
контакта
2K , и на
:
nn
.
12
ДR с
этом процесс пуска заканчивается
помощью
.
6.3.5. U-образные характеристики синхронного двигателя
Под
U-
образными характеристиками синхронного двигателя понима
ется зависимость тока статора
CI и
коэффициента мощности от тока воз
-
-
)
-
-
-
буждения
Зависимость тока статора
, ,
U E X
1 0
Φ
BI .
C
cos, .
CI от
описывается следующим выражением
•
I
= .
C
1
jX
−
Φ
C
ИН
параметров синхронного двигателя
IfIfI
BBC
:
(6.27)
Из анализа
(6.27) в
зависимости от величины тока возбуждения син
хронный двигатель может работать в трёх качественно различных режи
мах
.
I
режим. Ток возбуждения изменяется в пределах
–
номинальное значение тока возбуждения. При этом напряжение
больше, чем ЭДС
0E
EU
,
ток статора
Φ
01
I
C
> 0,
0 ,
II
BHB
> 0.
где
BHI
Φ1U
Двигатель
обладает активно-индуктивными свойствами, т.е. потребляет отстающий
ток. Двигатель недовозбуждён
II
режим. Ток возбуждения
ется ЭДС
E
0
EU
,
ток статора
Φ
01
активными свойствами и потребляет из сети активную мощность
нимальную мощность. Двигатель имеет номинальный ток возбуждения
.
IВ = IВН.
I
При этом напряжение
= 0 и
C
= 1.
равня
U
Φ1
Двигатель обладает
P – ми-
.
-
-
-
95
(
)
<
ϕ
cos
ϕ
cos
III
ше ЭДС
режим. Ток возбуждения
E
0
EU
,
ток статора
Φ
01
IВ > IВН.
< 0 и
I
C
При этом напряжение
< 0.
Двигатель обладает
мень
U
Φ1
активно-емкостными свойствами, т.е. потребляет из сети активную мощ
ность
бужден и потребляет опережающий ток
P, но
отдает в сеть реактивную мощность
Эти режимы изображены на рис
.
. 6.24.
- QC.
Двигатель перевоз
Ic(A)
MC>0
MC=0
-
-
-
I
a’
a
II
III
Iв(A)
cosφ
II
a
1,0
III
I
IBH
Рис
. 6.24
Iв(A)
На рис
кой
«а» и
жим обозначен
При нагрузке на валу двигателя
во и соответствует точке
. 6.24
первый режим обозначен
I,
второй режим обозначен точ
соответствует номинальному току возбуждения
III.
МС > 0
точка
«а»
перемещается впра
«а'».
IВН,
третий ре
Свойство синхронных электродвигателей потреблять из питающей се
ти опережающий ток особенно ценно для промышленных установок, так
как оно позволяет одновременно с использованием синхронной машины в
качестве приводного двигателя использовать ее и для повышения коэффи
циента мощности
установки без применения статических конденса
-
-
-
-
-
-
торов
.
96
ϕ
cos
(
)
=
=
=
=
=
ω
(
)
=
(
)
=
ϕ
ϕ
cos
(
)
=
η
2
6.3.6. Рабочие характеристики синхронного двигателя
Под рабочими характеристиками синхронного двигателя понимаются
зависимости тока статора
эффициента мощности
,
момента
I
C
и
КПД
M,
η от
частоты вращения ротора
мощности на валу двигателя
n2, ко-
Р2.
C
,, PfnMI
Рабочие характеристики показаны на рис
Ic, M, n2 ,η
cosφ
22
. 6.25.
n
2
cosφ
η
I
C
IC0
M
0
PН
P2(кВт)
Рис
. 6.25
Рабочие характеристики снимаются при следующих условиях
constU
Φ1
0
P
2
увеличивается. Скорость вращения ротора
, constf
1
, constI
.
B
Ток статора
при холостом ходе
I
C
имеет незначительную величину, с ростом нагрузки он линейно
f
60
n
=
2
1
остается строго по
p
:
-
стоянной во всех режимах работы. Взаимосвязь между моментом
P
мощностью на валу
этому зависимость
растает
.
Характер изменения
Р2
равна
PfM
cos Pf
установить. Если установить
M
линейна, т.е. с ростом нагрузки момент воз
2
=
ω
= 1
2
,
где
–
величина постоянная, по
1
1
зависит от того, какое возбуждение
2
при номинальной нагрузке, то при
М и
недогрузке двигатель забирает из сети реактивный опережающий ток, при
перегрузке
Характеристика КПД
ских машин характер. Она быстро растет при увеличении нагрузки от
P
2
, а
–
отстающий
.
Pf
имеет обычный для всех электриче
2
затем мало меняется в пределах нагрузки от
2
P до PH .
2
0 до
-
-
-
97
6.3.7. Синхронные компенсаторы
Синхронные компенсаторы представляют собой специально спроек
тированные синхронные машины, предназначенные для компенсации ре
активной мощности, потребляемой асинхронными двигателями и транс
форматорами из сети. Синхронные компенсаторы работают в режиме дви
гателей, не имеющих нагрузки на валу. При перевозбуждении они отдают
в сеть опережающий емкостный ток, что эквивалентно присоединению к
сети емкости. При понижении напряжения реактивная мощность синхрон
ных компенсаторов увеличивается, что способствует поддержанию напря
жения и устойчивости работы сети. Синхронный компенсатор, работая в
режиме перевозбуждения при больших нагрузках и в режиме недовозбуж
дения (потребляя реактивную мощность) при малых нагрузках способству
ет поддержанию неизмененного напряжения у приемных концов линии
при этом регулирование возбуждения может осуществляться автоматиче
ски
.
6.3.8. Электрические машины в системах
теплогазоснабжения и вентиляции
Электрические машины являются основным приводом
водом) в системах теплогазоснабжения и вентиляции. Наибольшее распро
странение получили трёхфазные асинхронные электродвигатели с корот
козамкнутым ротором в нереверсивном и реверсивном исполнении, как
наиболее дешевые и удобные в эксплуатации. Они применяются в элек
троприводах вентиляторов, насосов, компрессоров, в электроприводах раз
личных исполнительных механизмов: задвижек, заслонок, шиберов
Асинхронные электродвигатели с фазным ротором чаще всего ис
пользуются в электроприводе крановых механизмов, где необходим плав
ный пуск под нагрузкой и управление скоростью вращения
Синхронные двигатели применяют там, где требуется постоянство
частоты вращения. Они находят широкое применение в качестве электро
привода компрессоров и насосов на газо- и нефтеперекачивающих станци
ях магистральных газопроводов, на насосных станциях первого и второго
подъемов, в промышленности строительных материалов
Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели малой мощности и
специальные синхронные двигатели малой мощности используются в уст
ройствах автоматического управления и регулирования, в самопишущих
приборах и др
.
(
электропри
.
.
.
-
-
-
-
-
-
-
,
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
98
7. ЭЛЕКТРОНИКА
7.1. Общие сведения
Электроника –
ванные на управлении явлениями электрического тока в плохо проводящей
среде. В полупроводниковых приборах
структуры, обладающий большим удельным сопротивлением; в электрон
ных приборах
нов в высоком вакууме; в ионных приборах
ненным разреженным газом или парами металла
Наиболее широкое развитие получили полупроводниковые приборы
поэтому в данном разделе будут рассматриваться устройства и схемы на
этой основе
–
. [4].
это отрасль техники, использующая приборы, осно
–
это ток в твердой среде сложной
это ток, создаваемый направленным движением электро
–
ток в пространстве, запол
.
7.2. Полупроводниковые приборы
Полупроводниковые материалы
(
германий, кремний) по своему
-
-
-
-
,
удельному электрическому сопротивлению
ют место между проводниками и диэлектриками, причем проводимость в
значительной степени зависит от наличия примесей и температуры
В полупроводниках присутствуют подвижные носители заряда двух
типов: отрицательные электроны и положительные «дырки
Техническое применение получили так называемые
проводники, в которых в зависимости от рода введенной примеси преоб
ладает либо электронная, либо дырочная проводимость
При введении примеси
As,
сурьмы
поэтому полупроводник обладает электронной или
ative), а
При введении примеси
миния
примеси, образуя при этом «дырку
центрацию электронов. Основными носителями зарядов такого полупро
водника являются «дырки
щества, отбирающие электроны, называются
ных явлениях, возникающих на границе раздела двух сред с разной прово
димостью (рис
Al)
Принцип действия полупроводникового прибора основан на гранич
Sb) у
введенные примеси называются
остается незамещенный электрон, который забирается атомом
полупроводника образуется лишний свободный электрон
. 7.1).
5-
валентного элемента (фосфора Р, мышьяка
3-
валентного элемента (бора
»,
что в свою очередь уменьшает кон
», и он
обладает р-проводимостью
(ρ = 10-3…108
n-
донорными.
акцепторами.
Ом·см) занима
.
».
примесные
.
проводимостью
B,
индия
(positive). Ве-
In,
полу
(neg-
алю
-
-
-
,
-
-
-
-
-
99
Д.Э.С.
+
-
+
-
-
+
-
+
-
p n
При соприкосновении двух структур с различной проводимостью воз
никает диффузия зарядов
есть недостаток электронов, и «дырок
На границе раздела
слой (Д.Э.С
.),
представляющий из себя конденсатор. Внутри конденсатора
n (
электрона) в структуру
р-п
перехода возникает двойной электрический
-
-
-
-
-
Рис
+
+
+
+
+
+
. 7.1
» (р) в
структуру с
Ē
Д.Э.С.
р-
проводимости, где
n-
проводимостью
-
.
образуется электрическое поле напряженностью
ствует перемещению свободных зарядов через границу раздела, то есть
двойной электрический слой обладает запирающими свойствами
Изменение состояния запирающего слоя, т.е. переход от состояния
«
заперто» к состоянию проводимости и управление этим процессом, со
ставляет сущность работы полупроводниковых приборов
E .
Это поле препят
...
СЭД
.
.
7.3. Диод (полупроводниковый вентиль)
Диод –
ладающая односторонней проводимостью
На рис
схемах
.
это двухслойная структура с
. 7.2, в,
показано условное обозначение диодов в электрических
п-р-
.
или
р-п-
проводимостью и об
-
-
-
100
a)
+
VD
в)
E
E
(
)
=
Ē
б)
R
СT
-
+
p n
p n
Е
-
Е
Рис
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
-
+
-
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
. 7.2
Ē
СT
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Ē
-
Ē
Д.Э.С.
R
Подключим к диоду внешний источник питания ЭДС
но на рис
. 7.2, а.
Такое включение диода называется «прямым
Д.Э.С.
(Е),
как показа
»,
при этом
-
источник
ленное против внутреннего поля
CT
разно увеличивается ток. Диод находится в проводящем состоянии
на рис
ское поле
Если
EE
>
ЭДС обусловит электрическое поле
CT
, то «
...
СЭД
E .
EE
≈
, то
...
СЭД
через диод идет незначительный ток; если
запирающий» слой пробивается, и через диод лавинооб
...
СЭД
(
стороннее
CT
Подключим к диоду внешний источник питания ЭДС
. 7.2, б.
Такое включение диода называется «обратным» и электриче
совпадает с внутренним полем
CT
E ,
что эквивалентно
...
СЭД
),
.
Е,
как показано
направ
расширению запирающего слоя. Диод находится в непроводящем (запер
том) состоянии и через него идет незначительный ток
–
ток «утечки
» (IУТ).
Свойства диода односторонней (униполярной) проводимости в зави
симости от полярности и величины приложенного напряжения использу
ется для преобразования (выпрямления) переменного тока в постоянный
.
Под вольтамперной характеристикой понимается зависимость тока
диода от величины и полярности приложенного напряжения
UfI
(
рис
7.3).
-
-
-
-
-
-
I
.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]