- •Раздел iТрансформаторы;
- •III Машины постоянного тока……………………….………………………………...….71
- •I Трансформаторы
- •Устройство трансформатора
- •1.1.1. Шихтовка железа стержневого трансформатора
- •1.2.Однофазные трансформаторы. Холостой ход однофазного трансформатора
- •1.2.1.Ток холостого хода
- •1.2.2.Потери при холостом ходе трансформатора
- •1.2.3.Схема замещения трансформатора при холостом ходе
- •1.2.4.Определение параметров экспериментально zm, xm,rm
- •1.3. Работа однофазного трансформатора под нагрузкой
- •1.3.1 Физические процессы в трансформаторе при нагрузке
- •1.3.2. Векторная диаграмма трансформатора при нагрузке
- •1.3.3. Схема замещения трансформатора при нагрузке
- •Режим короткого замыкания однофазного трансформатора
- •Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании
- •Трехфазные трансформаторы
- •Группы соединения трансформаторов
- •Холостой ход трехфазного трансформатора
- •Групповой трансформатор
- •1.7.2. Трехстержневой трансформатор
- •1.8. Параллельная работа трансформаторов
- •1.8.1. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве коэффициентов трансформации
- •1.8.2. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве напряжений короткого замыкания
- •1.8.3. Параллельная работа трансформаторов с различными группами соединения
- •1.9. Переходные режимы трансформаторов
- •Переходный процесс при включении трансформатора в холостую
- •Переходный процесс при коротком замыкании трансформатора
- •Переходные процессы, вызванные перенапряжением
- •II Асинхронные машины
- •2.1. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя
- •2.1.1. Принцип создания вращающего магнитного поля статорной обмоткой
- •2.1.2. Принцип действия асинхронного двигателя
- •2.2. Общие вопросы машин переменного тока
- •2.2.1. Обмотки машин переменного тока
- •Элементы обмоток переменного тока
- •Пример выполнения однослойной обмотки
- •2.2.2. Электродвижущая сила (эдс) обмотки машин переменного тока
- •2.2.3. Намагничивающая сила обмоток машин переменного тока
- •2.3. Рабочий процесс асинхронного двигателя
- •2.3.1. Режимы работы асинхронной машины
- •2.3.2. Режим двигателя
- •2.3.3. Трехфазная асинхронная машина при вращающемся роторе
- •2.3.4. Привидение параметров роторной обмотки к статорной
- •2.3.5. Приведение асинхронного двигателя к эквивалентному трансформатору
- •Запишем выражение для тока ротора
- •2.3.6. Схема замещения роторной цепи
- •2.3.7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя
- •2.3.8. Схемы замещения асинхронной машины
- •Г-образная схема замещения
- •2.4. Вращающий момент асинхронной машины
- •2.4.1. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронной машины
- •2.4.2. Максимальный (критический) момент
- •Знак - - соответствует генераторному режиму
- •2.4.3. Расчетная формула момента
- •2.4.4. Влияние высших гармоник магнитного поля на работу асинхронной машины
- •Задавшись током i1
- •2.6. Пуск трехфазных асинхронных двигателей
- •2.6.1. Пуск под номинальным напряжением (прямой пуск) Прямой пуск асинхронных двигателей простой и нет необходимости в дополнительной аппаратуре.
- •2.6.2. Пуск при пониженном напряжении
- •2.6.3. Пуск двигателя с фазным ротором
- •2.7. Асинхронные двигатели с обмоткой ротора специального исполнения
- •2.7.1. Короткозамкнутый асинхронный двигатель с глубоким пазом на роторе
- •Кратность пускового тока
- •2.7.2. Короткозамкнутый асинхронный двигатель с двойной клеткой на роторе
- •2.8. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
- •2.8.1. Регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты
- •2.8.2. Регулирование частоты вращения двигателя путем изменения числа пар полюсов
- •2.8.3. Регулирование частоты вращения двигателя сопротивлением в цепи ротора (с фазным ротором)
- •2.8.4. Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения
- •2.9. Асинхронная машина в качестве генератора
- •Докажем это аналитически. Ток в роторе
- •2.9.1. Векторная диаграмма асинхронного генератора
- •2.9.2. Однофазный двигатель
- •III Машины постоянного тока
- •3.1. Устройство и принцип действия машин постоянного тока
- •3.2. Обмотки якоря машин постоянного тока
- •Основные требования предъявляемые к обмотке
- •3.2.1. Простая петлевая обмотка
- •3.2.2. Простая волновая обмотка
- •3.2.3. Сложно-петлевая обмотка
- •3.2.4. Сложно-волновые обмотки
- •3.2.5. Симметрия обмоток
- •3.2.6. Смешанная (лягушечная) обмотка
- •3.3. Эдс обмотки якоря
- •3.4. Реакция якоря в машинах постоянного тока
- •3.5. Генераторы постоянного тока
- •Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения.
- •Электромагнитный момент генератора постоянного тока
- •3.5.1. Генератор независимого возбуждения
- •Свойства генератора определяются его характеристиками. 1.Характеристика холостого хода: , ,
- •3.5.2. Генератор параллельного возбуждения
- •3.5.3. Генератор последовательного возбуждения
- •3.5.4. Генератор смешанного возбуждения Генератор смешанного возбуждения широко используется в промышленности. Обмотки возбуждения по потоку могут быть включены согласно, либо встречно, рис. 35.
- •3.6. Двигатели постоянного тока
- •3.6.1. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока
- •3.6.2. Пуск двигателей постоянного тока
- •3.6.3. Реверсирование двигателя постоянного тока
- •3.6.4. Классификация двигателей постоянного тока
- •Принципиальная схема включения двигателя параллельного возбуждения представлена на рис. 43. Для пуска используется пусковой реостат (п. Р.). Свойства двигателя определяются его характеристиками.
- •Основное уравнение движения электропривода .
- •3.6.5. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- •3.7. Коммутация двигателя
- •3.7.1 Закон изменения тока в коммутируемой секции
- •3.7.2. Прямолинейная коммутация
- •3.7.3. Замедленная коммутация
- •3.7.4. Ускоренная коммутация
- •3.7.5. Определение реактивной эдсer
- •3.7.6. Способы улучшения коммутации
- •3.7.7. Круговой огонь в машинах постоянного тока
- •IV Синхронные машины
- •4.1. Назначение, устройство и принцип действия
- •4.2. Работа генератора при холостом ходе
- •4.3. Реакция якоря в синхронном явнополюсном генераторе
- •4.3.1. Реакция якоря при активной нагрузке
- •4.3.2. Реакция якоря при индуктивной нагрузке
- •4.3.3. Реакция якоря при емкостной нагрузке
- •4.3.4. Реакция якоря при смешанной нагрузке
- •4.4. Магнитное рассеяние
- •4.5. Рабочий процесс синхронной машины
- •4.5.1. Основная диаграмма эдс явнополюсного синхронного генератора
- •4.5.2. Преобразованная диаграмма эдс явнополюсной синхронной машины
- •4.6. Определение параметров синхронной машины со снятыми характеристиками
- •4.6.1. Определение индуктивного ненасыщенного сопротивления Xd
- •4.6.2. Определение параметра Xd насыщенного
- •4.6.3. Определение параметра Xq
- •4.6.4. Определение параметров Xq и Xd методом скольжения
- •4.6.5. Определение параметра Xs
- •4.7. Понятие о сверхпереходных и переходных индуктивных сопротивлениях
- •4.8. Диаграммы намагничивающих сил
- •4.9. Параллельная работа синхронных генераторов
- •4.9.1. Параллельная работа генераторов при неравенстве напряжений
- •4.9.2. Параллельная работа генераторов при
- •4.10. Синхроноскопы
- •4.10.1. Включение генератора параллельно сети на погасание ламп
- •4.10.2. Включение генератора параллельно сети на бегущий свет
- •4.11. Электромагнитная мощность и момент
- •4.12. Режимы работы синхронной машины параллельно с сетью
- •Методы регулирования реактивной и активной мощности генератора.
- •4.13. Синхронные двигатели
- •4.13.1. Векторные диаграммы синхронного двигателя
- •4.13.2 Угловые характеристики синхронного двигателя
- •4.13.3. Режим работы синхронного двигателя при постоянном моменте и переменном токе возбуждения
- •4.13.4. Пуск синхронного двигателя
4.12. Режимы работы синхронной машины параллельно с сетью
Изменение активной и реактивной мощностей синхронного генератора, работающего параллельно с сетью с большой мощностью, осуществляется путем изменения внешнего момента и тока возбуждения. Чтобы обеспечить требуемый режим работы генератора, обычно одновременно регулируют и ток возбуждения, и вращающий момент. Рассмотрим два предельных случая регулирования.
Возбуждение генератора остается постоянным, а момент изменяется.
Если нагрузка генератора увеличивается, то с увеличением нагрузки увеличивается момент и мощность. При всех постоянных величинах (U, E0, Xd, Xq) момент и мощность будут изменяться за счет изменения угла Q. Угол Q на векторных диаграммах – это угол между осью индуктора и результирующим потоком Фб. При холостом ходе генератора существует поток Ф0 – созданный обмоткой возбуждения. При нагрузке в обмотке якоря создается поток якоря Фа. Этот поток накладывается на поток Ф0 и создает результирующий поток Фб. Пространственный угол Q и момент можно представить на рис. 33.
Рис. 33.
Как видим из рис. 33 электромагнитный момент генератора является тормозным, т.е. он стремится притянуть разноименные полюса, а момент со стороны турбины Мт вращает ротор. Чем больше ток статора, тем больше и поток Фа и результирующий поток дальше сдвигается от оси индуктора, т.е. увеличивается угол Q. Поговорим о статической устойчивости синхронного генератора применительно к неявнополюсной машине. Синхронная машина (генератор) устойчиво с сетью работает в диапазоне угла Q = 0-900, а дальше машина выпадает из синхронизма, рис. 34. В т. А устойчивый режим работы.
Рис. 34.
Если отдаваемая мощность, а следовательно и электромагнитый момент возрастут (согласно рис. 33), то угол Q уменьшится и машина вернется в т. А. Если же отдаваемая мощность и момент уменьшатся, то согласно с рис. 33 угол Q возрастет т.к. Мт>М и машина вернется в исходную точку. Отсюда видно, что угол Q может меняться от 0 до 900 при устойчивой работе с сетью.
Если же угол Q будет больше 900, то магнитная связь между полюсами нарушается и машина выпадает из синхронизма. Это тяжелый и аварийный режим. При этом мощность в сеть не отдается, а момент турбины имеется, то под действием этого момента ротор может разогнаться до недопустимой скорости вращения. Кроме того, магнитный поток возбуждения будет наводить в обмотке статора ЭДС, Которая будет то складываться, то вычитаться с приложенным напряжением. Это приведет к большим колебаниям тока. Обычно если генератор выпал из синхронизма, то его отключают от сети. Для устойчивой работы генератора с сетью номинальный угол составляет Qн = 15-200. Как уже было сказано, что если угол Q < 900, то машина работает неустойчиво с сетью. Допустим, работаем в т. В. Если отдаваемая мощность будет меньше мощности турбины, то (рис 34) угол Q будет увеличиваться, а с увеличением угла Q отдаваемая мощность будет падать, т.е. при этом машина никогда не вернется в т. В., поэтому угловая характеристика от Q = 900-1800 неустойчива. Перегрузочная способность генератора:
Кп = Рэмmax = 1
Рэмн sinQн
Синхронизирующая мощность.
Чтобы генератор мог работать не выпадая из синхронизма с сетью, он должен обладать достаточной синхронизирующей мощностью, т.е. способность продолжать работать синхронно с сетью даже при значительных изменениях момента и, следовательно угла Q.
Большое значение для работы синхронных машин имеет вопрос устойчивости их работы. Работа синхронной машины будет устойчивой, если положительному приращению Q соответствует положительное приращение электромагнитной мощности Рэл, и наоборот уменьшению угла Q будет соответствовать уменьшение электромагнитной мощности Рэм. В этом случае Рэм/Q можно рассматривать и при бесконечно малых изменениях, а тем самым перейти к первой производной dРэм/dQ, тогда
Рс = dРэм/dQ = mUE0 cosQ/Xc, где Рс – удельная синхронизирующая мощность. Синхронизирующая мощность равна удельной синхронизирующей мощности, уменьшенной на все смещение Q.
Рсх = РсQ
Из выражений Рсх и Рэм следует, что когда угол Q=0, генератор развивает наибольшую синхронизирующую мощность, но его электромагнитная мощность Рэм = 0. Наоборот, когда угол Q = 900, генератор развивает наибольшую электромагнитную мощность, а его синхронизирующая мощность Рсх = 0, рис. 34.
Момент генератора остается постоянным, а ток возбуждения изменяется.
M = const, ib = var.
Для анализа воспользуемся векторной диаграммой ЭДС для неявнополюсной машины, рис. 35.
Рис 35.
Если момент М = const, то и Р = const, M = mE0UsinQ/wXc = const, если изменяется ток возбуждения то изменяется и ЭДС. Для постоянства момента необходимо, чтобы E0sinQ = const мощность P=mUIcosf. Постоянство мощности получится при Icosf = Iа = const. При анализе режима учтем эти условия. Развернем диаграмму рис. 36 так, чтобы вектор напряжения генератора Uг был направлен горизонтально и уравновешен напряжением сети Uс.
Рис. 36.
Из условий видим, что вектор ЭДС Е0 должен скользить по прямой QR параллельно вектору напряжения, т.к. ab = E0sinQ = const. При изменении возбуждения конец вектора тока статора (якоря) будет скользить по прямой MN, т.к. Ia = Icosf = const. При перевозбуждении ЭДС будет соответствовать величине Е0 и току I. Если разложить ток I, то его реактивная составляющая будет опережать вектор напряжения сети Uс на 900, т.е. этот ток будет емкостным. С энергетической стороны, этот режим будет соответствовать отдаче реактивной мощности в сеть. При уменьшении тока возбуждения ЭДС Е0 уменьшится до величины Е01 и ток в статоре будет иметь наименьшую величину I1 = Ia и cosf = 1. При этом генератор не отдает и не потребляет реактивной мощности.
При перевозбужденном режиме ток I отстает от вектора напряжения генератора Uг на угол f. Если и дальше уменьшать ток возбуждения ЭДС уменьшится до величины Е011, а ток I11 будет опережать напряжение генератора на угол f1. Реактивная составляющая тока статора по отношению к вектору напряжения сети Uс будет отставать на 900, т.е. он будет чисто индуктивным и генератор будет потреблять из сети реактивную мощность. Этот режим называется – режим недовозбуждения. Таким образом, регулируя ток возбуждения генератора можно менять величину и фазу тока статора, т.е. изменять cosf. Зависимости тока статора I от тока возбуждения ib называются U-образными характеристиками. На рис. 37 представлены графически U-образные характеристики при различных мощностях.
Рис. 37.
Характеристики до пунктирной линии соответствуют недовозбужденному режиму, а после этой линии соответствуют перевозбужденному режиму, при котором генератор отдает реактивную мощность в сеть.