1. Трехфазный асинхронный электропривод работает на естественной механической характеристике. Момент сопротивления постоянен по величине (Мс=const).Определить в каких режимах будет работать электропривод, если изменить порядок следования фаз, напряжение и частоту уменьшить в 2 раза, в цепи ротора включить добавочный резистор сопротивлением r_д=r₂?

а) если изменять порядок следования фаз (реверс): 0-1 – скачек на реверсивную характеристику при ω₀₁=const (скорость скачком измениться не может из-за момента инерции); 1-2 – торможение; 2-3 – разгон в обратную сторону.

б) если напряжение и частоту уменьшить в 2 раза. Синхронная частота уменьшится вдвое до 0,5ω₀, т.к. ; критический момент не изменится т.к. он пропорционален .

в) в цепи ротора включить добавочный резистор r_д=r₂

- на столько скорость вращения вала меньше скорости вращения поля.

2. В судовую трехфазную сеть с линейным напряжением Uл=380 В включен асинхронный электродвигатель пожарного насоса, фазы которого соединены звездой. Двигатель потребляет 50 кВт активной мощности при коэффициенте мощности cosφ=0,8. Определить комплексное сопротивление каждой фазы двигателя при указанном режиме работы.

Используя формулу мощности находим ток А

Находим фазные напряжение и ток: В; А

Записываем комплексные сопротивления фаз

, ;

3. Чем определяется величина пускового тока в двигателях постоянного тока (ДПТ) и асинхронных двигателях (АД) и как он ограничивается в допустимых пределах? Приведите простейшие выражения для пусковых токов ДПТ, АД, используя упрощенную схему замещения АД. Приведите наиболее широко применяемые схемные решения для ограничения пусковых токов ДПТ, АД с короткозамкнутым и фазным ротором.

Уравнение электрического состояния для ДПТ:

Для АД схема замещения

- ток статора (ток, потребляемый из сети).

При пуске АД S=1 и активное сопротивление ротора минимально (), т.к. при работе S<1 (S=0.02..0.05). Цепочка (x₀, R₀) имеет сопротивления на 1-2 порядка больше сопротивлений цепи (), следовательно ток I₀ через нее во время пуска во много меньше тока .

Для ДПТ понижение пускового тока

Для АД с КЗ ротором (включаем реактор для резонанса)

понижается в k раз

понижается в k² раз

Автотрансформаторный пуск

понижается в k раз

понижается в k раз

Очень дорого

Пуск «треугольник – звезда – треугольник»

понижается в 3 раза

понижается в 3 раза

Для АД с фазным ротором при пуске включают дополнительные сопротивления

Пусковой момент повышается, пусковой ток снижается в раз.

4. При пуске электропривода в функции тока с номинальной нагрузкой на валу на всех ступенях максимальной (In max) и минимальный (In min) пусковые токи одинаковы (рис. ). Каким будет график изменения пускового тока во времени, если пуск привода будет осуществляться с перегрузкой и при холостом ходе? Рассмотреть то же при пуске в функции времени.

- разность между моментами, которые развивает двигатель.

При перегрузке избыточный момент уменьшается. Значение подынтегрального выражения будет меньше, значит интеграл будет больше. Разгон будет осуществляться медленнее при перегрузке.

Пуск функции времени.

1. номинальный

2-график тока при пуске с перегрузкой (минимальное значение тока Iпмин достигаться не будет, т.к. переключение ступеней произойдет спустя установленное время - фиксированное значение. Средний пусковой ток будет повышен). Средний пусковой ток будет повышенным.

2. Холостой ход. При пуске будет достигнуто значение холостого хода, средний пусковой ток уменьшится.

5. У асинхронного двигателя (АД) насоса, расположенного в машинном отделении наблюдается необычно большой пусковой ток, сопровождаемый значительным гудением, причем на первоначальной стадии пуска ротор вращается в противоположную сторону. Объясните, какой режим работы АД в первоначальный момент имеет место и каковы должны быть при этом Ваши действия? Как объяснить увеличение пускового тока?

(Введение)

Магнитный поток фазы А. Он всегда лежит на оси катушки, не вращается, но его можно представить в виде двух одинаковых по амплитуде вращающихся в противоположные стороны полей.

; ;

Рассчитаем фазу В. Поток имеет по отношению к оси В угол . Противоположно вращающийся поток симметричен относительно оси В.

Поток фазы С. Поток по отношению к оси С повернут на . Поток располоден симметрично относительно оси С.

Суммарный поток вращается против часовой стрелки , . Эти построения справедливы для двигателя с тремя целыми обмотками.

-------------------------

Причиной такого поведения двигателя является вывернутая одна фаза. , . Поле вращающееся по часовой стрелке преобладает над полем, вращающимся против часовой стрелки. Двигатель будет вращаться в обратную сторону. Наши действия: остановить двигатель и поменять местами начало и конец обмотки.

6. На рис. показаны механические характеристики асинхронного электропривода при различных значениях частоты питающего напряжения. Какой закон регулирования напряжения использован в данном случае? Почему?

Т.к. синхронная частота пропорциональна частоте сети, то судя по рисункам, частота питающего напряжения увеличилась. .

Осталось выяснить на сколько изменилась частота и менялось ли питающее напряжение.

Из рис. визуально видно, что синхронные частоты относятся 1; 1,25; 1,5. Критический момент пропорционален:

Для ЕМХ Мкр=1

Для первой частоты МХ (f1):

Для МХ (f2):

Напряжение осталось прежним, только повысилась частота.

7. Почему при недогрузке асинхронный двигатель работает с малым значением коэффициента мощности? Поясните, используя векторную диаграмму.

На выделенном фиктивном сопротивлении образуется, при протекании по нему тока , механическая мощность (т.е. мощность на валу двигателя). Если двигатель мало закружен то мала, мощность фиктивного сопротивления тоже мала и при неизменном это возможно в том случае, если ток мал. Следовательно, для малозагруженного двигателя можно цепь () удалить, останется только цепь намагничивания из сопротивлений X₀, R₀, и для двигателя нормального исполнения коэффициент мощности цепи намагничивания не превышает 0,3 – это минимальный cosφ с которым может работать двигатель, а малозагруженный двигатель будет к нему приближаться.

8. Почему напряжение синхронных генераторов в значительно большей степени зависит от тока нагрузки, чем у генераторов постоянного тока? Каков физический смысл имеет параметр - отношение короткого замыкания (О.К.З.)? Определите ток короткого замыкания синхронного генератора, работающего без регулятора напряжения, если его напряжение на холостом ходу равно номинальному, а О.К.З.=1,1.

Для сопоставления выберем ГПТ с независимым возбуждением.

Нужно рассмотреть внешнюю характеристику генератора . Эта характеристика выглядит падающей. Чем больше нагружаем тем меньше напряжение.

ΔU₁ - падение напряжения на проводниках обмотки якоря, как имеющих активное сопротивление ;

ΔU₂ - падение напряжения, вызванное реакцией якоря. Реакцией якоря называется добавление к магнитному полю обмотки возбуждения (основное поле) магнитного поля , созданного протекающими по якорю токами.

Для СГ внешняя характеристика имеет круто падающий вид по сравнению с ГПТ.

ΔU₁ - потеря напряжения в проводниках обмотки статора;

ΔU₂ - потери на индуктивном сопротивлении рассеяния обмотки статора

ΔU₃ - потери на реакции якоря.

Потери на реакции якоря по сравнению с ГПТ намного выше у СГ. Они настолько велики, что если замкнуть накоротко СГ, то установившийся ток короткого замыкания будет в районе номинального (от 1,5 до 1,8), если ГПТ закоротить то ток вырастет в 20..30 раз по сравнению с номинальным. Напряжения ΔU₁, ΔU₂, ΔU₃ выделяются как на активном так и на индуктивном сопротивлениях, поэтому они складываются геометрически Это объясняет саблеобразный вид естественной характеристики.

ОКЗ представляет собой установившееся значение тока КЗ в относительных единицах к номинальному току, если КЗ произошло из режима ХХ генератора.

9. При включении трансформатора в сеть иногда отключается автомат защиты от перегрузки. Почему? Является ли это признаком потери работоспособности трансформатора? Какую роль играет параметр напряжение короткого замыкания, который обязательно указывается в сертификате.

Трансформатор на холостом ходу состоит из сопротивлений только цепи намагничивания:

Если составить ДУ для трансформатора , а затем использовать определение индуктивности как отношение потокосцепления к току: можно ДУ записать для потокосцеплений:

Величина To зависит от мощности трансформатора:

До 10кВт – То= до 0,1-0,2 сек.

До 100кВт – То= до 0,5-0,6 сек.

До 1000кВт – То= ~1 сек.

Свыше 1000кВт – То= до 2-5 сек.

Если решить ДУ относительно потокосцеплений Ψ, то решение будет состоять из принужденной и свободной составляющих. Принужденная- синусоидальная, т.к. напряжение U подключаемое к трансформатору синусоидальное.

Свободная- экспонента с То

При превышении в ПП потокосцепления Ψ на 0.4-0.7 из-за нелинейности кривой намагничивания амплитуда тока повышается в 5-10 крат. Если Т большая, то импульсы повышенного тока медленно затухают и трансформатор долго находится под большим током.

В данном вопросе Uкз никакой роли не играет.

10. Привести механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя с переключением числа пар полюсов с треугольника на двойную звезду. Показать траекторию перехода рабочей точки с высшей скорости на низшую при номинальном моменте. Пояснить, когда разгонится двигатель быстрее в одну ступень или в две на высшую скорость.

При указанном переключении обмоток сохраняется мощность на валу. Причем на треугольнике обмоток число пар полюсов в 2 раза больше, чем при двойной звезде.

Траектория перехода с высшей скорости на низшую:

1-2 – переход в результате переключения обмоток(скорость не меняется)

2-3 – генераторное торможение с рекуперацией энергии

3-4 - двигательный режим с пониженной частотой до точки 4.

Разгон в 1 ступень (сразу на высокоскоростной обмотке)

Время разгона . От точки 5 до точки 6 избыточный момент

После точки 6 до точки 1 – разгон осуществляется быстрее, т.к. Мизб2 увеличивается.

Разгон в 2 ступени.

Сначала включается низкоскоростная обмотка и работают на ней до точки 6, а потом переключается на высокоскоростную. Т.к. избыточный момент на участке 5-6 существенно вырос, то время разгона до точки 6 сократится в несколько раз по сравнению с предыдущим пунктом. От тоски 6-до точки1 разгон происходит как и в предыдущем случае.

ДВИГАТЕЛЬ РАЗГОНИТСЯ БЫСТРЕЕ В 2 СТУПЕНИ