6. Опыты холостого хода и короткого замыкания, опытное определение параметров схемы замещения трансформатора.

Опыт холостого хода:

I₀ составляет (2-10)% от I_Н

Характеристики холостого хода

I₀ =f(U₁), P₀=f(U₁), cos φ₀=f(U₁

При I₁= I₀ I₀ (r₁+jx₁)<<E₁

Опыт короткого замыкания: z_н= 0; U₂= 0

Х арактеристики короткого замыкания I_к =f(U_к), P_к=f(U_к), cos φ_к=f(U_к) U_к составляет (5-10)% от U_1Н

при u_к = (5-10)% Ф_к составляет (5-10)% от Ф_1Н

Намагничивающим током можно пренебречь:

где

7. Векторная диаграмма трансформатора при активно-индуктивном характере нагрузки.

Векторная диаграмма – графическое выражение основных уравнений приведенного трансформатора.

Максимальное значение основного магнитного потока

Предположим, что нагрузка носит активно-индуктивный характер. Вектор тока отстает от на угол

Реактивная составляющая тока вторичной обмотки направлена навстречу намагничивающему току и оказывает размагничивающее действие.

8. Векторная диаграмма трансформатора при активно-емкостном характере нагрузки.

При активно-емкостном характере нагрузки вектор тока опережает на угол

Реактивная составляющая тока вторичной обмотк совпадает по фазе с намагничивающим током и оказывает подмагничивающее действие.

9. Упрощенные схема замещения и векторная диаграмма трансформатора при его работе под нагрузкой.В силовых трансформаторах, работающих с нагрузкой , близкой к номинальной, пренебрегают током холостого хода I₀, и считают, что:

10. Изменение напряжения на выходе трансформатора. Внешняя характеристика трансформатора.

Изменение вторичного напряжения: ÐBCF = ÐDAВ = ÐABF = φ₂

Изменение вторичного напряжения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной:

или Для любой нагрузки: где - коэффициент нагрузки; или

Т.о. изменение вторичного напряжения ∆U зависит не только от величины нагрузки (b), и от характера нагрузки (φ₂) ∆U = f (b), при cosφ₂= const ∆U = f (cosφ₂), при b = const

.

11. Потери и коэффициент полезного действия трансформатора. Суммарные потери Электрические потери можно определить из опыта к.з.: Электрические потери – переменные потери. Магнитные потери Потери от гистерезиса Потери от вихревых токов: можно определить из опыта х.х.: Магнитные потери – постоянные потери. Энергетическая диаграмма Коэффициент полезного действия где и Максимальное значение КПД h_max, при P_эл= P_м, Обычно b^*=0,45 ¸ 0,65 h_ном= 0,70 ¸ 0,85, при S£100 ВА h_ном= 0,90 ¸ 0,95, при S£10 кВА h_ном= 0,98 ¸ 0,99, при S³100 кВА

12. Энергетическая диаграмма трансформатора. См ответ на вопрос №11

1 3. Трансформирование трехфазного тока. Трехфазные трансформаторы. Схемы соединения обмоток.

Трехфазную систему напряжений можно трансформировать тремя однофазными трансформаторами, объединенными в трансформаторную группу

Недостатки трансформаторной группы; - относительная громоздкость, - большой вес, - повышенная стоимость. Трансформаторная группа применяется только в установках большой мощности с целью снижения веса и габаритов единицы оборудования, что важно при транспортировке и монтаже трансформаторов. В установках мощностью менее 60000 кВА обычно применяют трехфазные трансформаторы, у которых обмотки расположены на трех стержнях, объединенных в единый магнитопровод двумя ярмами. Такой магнитопровод является несимметричным: R_{м В} < R_{м А} = R_{м С} т. е. магнитное сопротивление потоку средней фазы Ф_В меньше магнитного сопротивления потокам крайних фаз Ф_А и Ф_С. При симметричном трехфазном напряжении U_А, U_В и U_С, приложенном к первичной обмотке трансформатора, в магнитопроводе возникает симметричная система магнитных потоков Ф_А, Ф_В и Ф_С

Вследствие магнитной несимметрии магнитопровода намагничивающие токи фазных обмоток образуют несим-метричную систему: - намагничивающие токи обмоток крайних фаз I_0А и I_0С больше намагничивающего тока обмотки средней фазы I_0В; - токи I_0А и I_0С сдвинуты по фазе относительно соответствующих магнитных потоков на угол a.. Для уменьшения магнитной несимметрии трехстержневого магнитопровода сечение ярм делают на 10 - 15 % больше сечения стержней. Несимметрия токов х. х. практически не отражается на работе трансформатора, так как даже при небольшой симметричной нагрузке различие в значениях токов I_А, I_В и I_С становится незаметным. Поэтому рассмотренные выше уравнения ЭДС, МДС и токов, схемы замещения и векторные диаграммы могут быть использованы для исследования каждой фазы трехфазного трансформатора. Схемы соединения: звезда – Y звезда с нулевым выводом – Y₀,треугольник – D , зигзаг с нулевым выводом - ₀

Обозначения выводов Обмотка ВН: начала A, B, Cконцы X, Y, Z Обмотка НН: начала a, b, c концы x, y, z

Каждая фазная обмотка состоит из двух частей, расположенных на раз-ных стержнях, причем конец одной части обмотки соединен с концом другой части этой же обмотки. При соединении в зигзаг ЭДС отдельных частей обмоток геометрически вычитаются. При соединении обмоток «звездой»: При соединении обмоток «треугольником»:

14. Группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов. Опытная проверка группы соединения. В однофазных трансформаторах ЭДС обмотки ВН E_AX и обмотки НН E_ax совпадают по фазе лишь при одинаковом направлении намотки обмоток и одноименной маркировке их выводов. Если изменить направление намотки одной из обмоток или маркировку выводов, то ЭДС обмотки ВН E_AX окажется сдвинутой относительно обмотки НН E_ax на 180°. Сдвиг фаз между векторами линейных ЭДС обмотки ВН и обмотки НН принято выражать группой соединения. В однофазных трансформаторах сдвиг фаз между векторами линейных ЭДС либо 0, либо 180⁰. В трехфазных трансформаторах при схемах соединения Y или D возможен сдвиг фаз между векторами линейных ЭДС от 0, до 360⁰, с кратностью сдвига 30⁰. Для обозначения группы соединения принят ряд чисел 0, 1, 2, 3….11. Угол сдвига фаз между векторами линейных ЭДС обмоток ВН и НН определяется умножением числа, обозначающего группу соединения, на 30⁰. Угол сдвига фаз отсчитывают по часовой стрелке. В однофазных трансформаторах возможны группы и . В трехфазных трансформаторах при схемах соединения Y или D возможны группы: 0, 1, 2, 3….11. При одинаковых схемах соединения обмоток ВН и НН (Y / Y или D / D) получают четные, а при разных схемах (Y / D или D / Y) - нечетные группы. Основными являются группы 0, 6, 11 и 5. Группа Группа Основные группы соединений предусматривают одноименную маркировку выводов обмоток, расположенных на одном стержне. Из каждой из основных групп методом перемаркировки можно получить по 2 производные группы: из 0 группы - 4 и 8; из 6 группы - 10 и 2; из 11 группы - 3 и 7; из 5 группы - 9 и 1. ГОСТ 11677-75 предусматривает изготовление трехфазных трансформаторов со следующими группами соединений: однофазных трансформаторов - только одной группы : Опытная проверка группы соединения:

Если схема соединения Y/Y-0, то Если схема соединения Y/Y-6, то Если схема соединения Y/∆-11, то Если схема соединения Y/D-5, то

15. Параллельная работа трансформаторов. Условия включения трансформаторов на параллельную работу. Параллельная работа трансформаторов - работа при параллельном соединении их обмоток, как на первичной, так и на вторичной сторонах. Применение нескольких параллельно работающих трансформаторов вместо одного суммарной мощности необходимо: - для обеспечения бесперебойного электроснабжения в случае аварии или ремонта; - при работе трансформаторной подстанции с переменным графиком нагрузки. Условия включения трансформаторов на параллельную работу: 1. При одинаковом первичном напряжении U₁ должны быть равны и вторичные U₂, т. е. k_тр1= k_тр2 = k_тр3=… ГОСТ допускает 2. Трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединения: _{и если zк1 = zк2= zк} т.е. 3. Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения к.з.: U_к1= U_к2 = U_к3 =… После преобразования получим где - относительные мощности (нагрузки) первого и второго трансформаторов. Относительные мощности (нагрузки) параллельно работающих трансформаторов обратно пропорциональны их напряжениям к.з. ГОСТ допускает и отношение номинальных мощностей трансформаторов не более, чем 4. Перед включением трансформаторов на параллельную работу необходимо проверить порядок чередования фаз Соблюдение всех условий включения трансформаторов на параллельную работу проверяется фазировкой трансформатора. 16. Трансформаторы для выпрямительных устройств. Пульсирующий ток вторичной обмотки трансформатора имеет постоянную составляющую. и переменную составляющую Пренебрегая током холостого хода МДС создает постоянный магнитный поток Ф_d – поток вынужденного подмагничивания. Т.к. , то Ф_d приводит к дополнительному магнитному насыщению магнитопровода трансформатора.

17. Автотрансформаторы. Однофазный понижающий автотрансформатор Первичная и вторичная обмотки автотрансформатора имеют электрическое соединение, причем обмотка НН aX является частью обмотки ВН АX. Пренебрегая током холостого хода, запишем уравнение МДС :Уравнение токов автотрансформатора: или где - коэффициент трансформации. В понижающем автотрансформаторе ток в общей части витков aX равен разности вторичного и первичного тока Если k_А немногим больше единицы, то токи незначительно отли-чаются друг от друга. Это позволяет выполнить часть aX обмотки автотранс-форматора, по которой протекает ток , из провода меньшего сечения. Проходная мощность автотрансформатора - вся мощность, передаваемая из первичной цепи во вторичную. Расчетная мощность автотрансформатора - мощность, передаваемая из первичной во вторичную цепь магнитным полем. По величине определяются размеры и вес автотрансформатора. В автотрансформаторе помимо магнитной связи между обмотками существует и электрическая связь: где - - мощность, передаваемая из первичной цепи во вторичную благодаря электрической связи между этими цепями. Т. о., расчетная мощность в автотрансформаторе составляет лишь часть проходной мощности . Это позволяет использовать магнитопровод меньшего сечения, чем в трансформаторе той же мощности. Уменьшаются магнитные и электрические потери повышается КПД. Недостаток автотрансформаторов: наличие электрической связи стороны ВН со стороной НН, что требует усиленной электрической изоляции всей обмотки и приводит к снижению электробезопасности обслуживающего персонала.

18. Трехфазные обмотки статора машин переменного тока. Принцип выполнения. Развернутая схема. Требования к обмотке статора- наименьший расход меди; - удобство и наименьшие затраты при изготовлении; - форма кривой ЭДС, наводимой в обмотке статора, должна быть практически синусоидальна. Параметры обмотки статора: m₁ - число фазных обмоток; Z₁ - общее число пазов сердечника статора; в трехфазной обмотке каждая фазная обмотка занимает Z₁/3 пазов. - Каждая фазная обмотка представляет собой разомкнутую систему проводников. - Элементом обмотки является катушка, состоящая из одного или нескольких витков. - Элементы катушки, расположенные в пазах, называются пазовыми сторонами. - Элементы катушки, расположенные вне пазов и служащие для соединения пазовых сторон, называются лобовыми частями. - Часть дуги внутренней расточки статора, приходящаяся на один полюс, называется полюсным делением - Расстояние между пазовыми сторонами, измеренное по внутренней поверхности статора, называется шагом обмотки по пазам y₁. - Шаг обмотки называется полным или диаметральным, если он равен полюсному делению: В этом случае ЭДС витка равна арифмети-ческой сумме ЭДС, наведенных в сторонах этого витка: e =e₁+ e₂ Если шаг обмотки y₁<t, то он называется укороченным. При этом ЭДС витка меньше арифмети-ческой суммы ЭДС, наведенных в сторонах этого витка: e <e₁+ e₂ Для удобного и наглядного изображения катушек и их соединений используют развернутые схемы обмоток: - на такой схеме цилиндрическую поверхность статора вместе с обмоткой условно разворачивают на плоскости, а все катушки изображают одновитковыми в виде прямых линий. Простейшая трехфазная обмотка статора двухполюсной машины состоит из трех катушек (А, В, С), оси которых смещены в пространстве на 120 эл. град. т.е. на 2/3 полюсного деления. Такая обмотка называется сосредоточенной однослойной. Сосредоточенная обмотка – каждая катушка представляет собой фазную обмотку, сосредоточенную в двух пазах. Однослойная обмотка – пазовая сторона одной катушки занимает весь паз. Двухслойная обмотка – пазовая сторона одной катушки занимает половину паза по высоте, а другую половину этого паза занимает пазовая сторона другой катушки.

20. Электродвижущая сила катушечной группы и всей обмотки статора машин переменного тока. Распределенные обмотки статора. Обмотки статора: сосредоточенные и распределенные. Сосредоточенная обмотка – все катушки одной фазы, приходящиеся на один полюс и образующие катушечную группу, укладываются в двух пазах и образуют одну большую катушку. Недостатки сосредоточенных обмоток: - необходимость вырубки в пластинах статора пазов большой площади, необходимой для размещения значительного числа пазовых сторон;- необходимость увеличения наружного диаметра статора и размеров машины. В распределенной обмотке – все катушки равномерно расположены по периметру расточки статора. При этом катушки одной фазы, приходящиеся на один полюс, т. е. одной катушечной группы, занимают более двух пазов. Число пазов, приходящихся на полюс и фазу В сосредоточенной обмотке q₁ =1; в распределенной q₁ >1. В распределенной двухслойной обмотке:- число катушечных групп в каждой фазе равно числу полюсов 2p; общее число катушечных групп А=2pm₁;- число катушек в катушечной группе q_{1. .} В сосредоточенной обмотке В распределенной обмотке Уменьшение ЭДС катушечной группы в результате распределения обмотки по пазам учитывается коэффициентом распределения . Для первой (основной) гармоники где - угол сдвига между векторами пазовых ЭДС. Для n-й гармоники Увеличение q₁ вызывает сравнительно небольшое уменьшение коэффициента распределения для основной гармоники и значительное его уменьшение для высших гармоник . Мгновенное значение ЭДС катушки обмотки статора При синусоидальном законе распределения Среднее значение индукции при синусоидальном законе распределения Тогда Действующее значение ЭДС катушки Произведение - площадь полюсного деления, Следовательно - основной магнитный поток статора. Действующее значение ЭДС катушки с диаметральным шагом Учитывая, что число последовательно соединенных витков в фазной обмотке . получим действующее значение ЭДС фазной обмотки статора где - обмоточный коэффициент для основной гармоники, учитывающий уменьшение ее ЭДС, обусловленное укорочением шага обмотки и распределением ее по пазам. Значение линейной ЭДС зависит от схемы соединения обмоток статора:- при соединении «звездой» - при соединении «треугольником»

21. Магнитодвижущая сила однофазной и трехфазной обмоток статора. МДС сосредоточенной обмотки: При анализе МДС будем исходить из следующего: 1. Ток в обмотке статора синусоидален, и следовательно и МДС обмотки является синусоидальной функцией времени. 2. МДС обмоток переменного тока изменяется во времени и вместе с тем распределена по периметру статора ( т.е. МДС является функцией не только времени, но и пространства). 3. Воздушный зазор по периметру статора постоянен, т.е. сердечник ротора цилиндрический. 4. Ток в обмотке ротора отсутствует, т.е. ротор не создает магнитного поля. Рассмотрим двухполюсную машину переменного тока с сосредоточенной однофазной катушкой с шагом y₁ = t . График МДС имеет прямоугольную форму с высотой Разложим эту МДС в гармонический ряд. Т.о. МДС сосредоточенной обмотки статора содержит основную и высшие нечетные гармоники. Мгновенные значения любой гармоники МДС зависят от пространственного положения ее ординат относительно начала отсчета пространственного угла a. Поэтому гармоники МДС называют пространственными. Амплитуда первой пространственной гармоники Гармоники МДС имеют и временную зависимость, т.к. по катушке протекает переменный ток. Но временная зависимость у всех гармоник одинакова и определяется частотой тока в катушке. Мгновенное значение первой гармоники . Зависимость МДС любой гармоники от времени и пространственного угла a или Полезный магнитный поток в машине переменного тока создает основная гармоника МДС, а высшие пространственные гармоники оказывают вредное воздействие. Катушечная группа обмотки состоит из трех катушек: График МДС основной гармоники каждой из катушек – синусоида, максимальное значение которой совпадает с осью катушки. Вектора МДС катушек и сдвинуты в пространстве на пазовый угол g. График МДС основной гармоники катушечной группы – также синусоида, а амплитуда вектора определяется как геометрическая сумма векторов и Таким образом распределение катушек по пазам приводит к уменьшению МДС катушечной группы (по сравнению со сосредоточенной обмоткой), что учитывается коэффициентом распределения k_р. МДС основной пространственной гармоники катушечной группы Для фазной обмотки МДС основной пространственной гармоники где - общее число витков в фазной обмотке; k_об1 - обмоточный коэффициент учитывающий уменьшение амплитуды основной гармоники МДС в результате укорочения шага обмотки и распределения по пазам. Ток в обмотке статора переменный, и, следовательно МДС однофазной обмотки статора пульсирует с частотой тока f₁, принимая различные значения (от , до ) на каждом полюсном делении. При подключении трехфазной обмотки в

трехфазную сеть, в обмотке появятся токи: Ток каждой обмотки создает пульсирующую МДС, а совокупность действия этих МДС создает результирующую МДС, вектор которой вращается относительно статора с синхронной частотой Мгновенные значения основной гармоники МДС фазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120 эл. град.: Мгновенные значения основной гармоники трехфазной обмотки где - амплитуда основной гармоники МДС трехфазной обмотки В общем случае амплитуда основной гармоники МДС m₁ -фазной обмотки на один полюс

22. Круговое вращающееся магнитное поле, условия его получения. Эллиптическое и пульсирующее магнитные поля. Круговое магнитное поле – пространственный вектор магнитной индукции B_d этого поля вращается равномерно и своим острием описывает окружность. Круговое магнитное поле создается многофазной обмоткой статора, если векторы магнитной индукции каждой фазы одинаковы и представляют собой симметричную систему. Условие получения кругового магнитного поля: для трехфазной обмотки – оси обмоток смещают в пространстве на 120 эл. градусов друг относительно друга и включают в сеть с симметричным трехфазным напряжением; для двухфазной обмотки – оси обмоток смещают в пространстве на 90 эл. градусов друг относительно друга и питают их токами, сдвинутыми по фазе на 90 градусов. Если векторы магнитных индукций не образуют симметричную систему, то вращающееся поле становится эллиптическим, т. е. вектор B_d не остается постоянным во времени и вращается не равномерно (w ≠ const). Вектор магнитной индукции эллиптического поля можно представить в виде суммы векторов прямой и обратной составляющих, враща-ющихся в разные стороны: при Наибольшее значение индукции B_max наблюда- ется при совпадении векторов и , а наименьшее B_min - при встречном направлении этих векторов Обратное магнитное поле неблагоприят-но влияет на свойства машины перемен-ного тока: в двигателях оно создает тормозной электромагнитный момент и ухудшает их эксплуатационные свойства Если прямая и обратная составляющие магнитного поля равны , то результирующее поле становится пульсирующим. Вектор магнитной индукции пульсирующего поля неподвижен в пространстве и лишь изменяется во времени от + B_max до – B_max (когда векторы и совпадают по направлению), проходя через нулевое значение (когда векторы и направлены встречно) Пульсирующее магнитное поле создает однофазная обмотка, включенная в сеть переменного тока.

23. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. Частота вращения магнитного поля (синхронная частота вращения): n₁ = 60 f₁ / p Совокупность сил F_эм создает электро-магнитный момент М_эм, приводящий во вращение ротор с частотой n₂ < n₁ Т.о. электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в механическую энергию вращения ротора . Направление вращения магнитного поля, а, следовательно и направление вращения ротора АД, зависят от порядка чередования фаз напряжения U₁. Частота вращения ротора n₂ в АД всегда меньше частоты вращения магнитного поля n₁, так как только в этом случае происходит наведение ЭДС в обмотке ротора _.

24. Режимы работы асинхронной машины. В соответствии с принципом обратимости АМ могут работать как в двигательном, так и в генераторном режимах.Кроме того, возможен и режим электромагнитного торможения противовключением. Двигательный режим Электромагнитный момент M_эм в этом режиме – вращающий. Под действием момента M_эм ротор двигателя приходит во вращение с частотой n₂< n₁ в сторону вращения поля. Скольжение относительная разность частот вращения ротора и магнитного поляP_1. В режиме двигателя .При пуске АД: в режиме х.х.: В номинальном режиме: Генераторный режим. Если обмотку статора подключить к сети, а ротор АМ вращать приводным двигателем в направлении вращения магнитного поля с частотой n₂>n₁, то ротор будет обгонять поле статора, а ЭДС наведенная в обмотке ротора изменит свое направление. Электромагнитный момент M_эм в этом режиме – тормозящий по отношению к вращающему моменту ПД. В режиме генератора Особенность работы АГ: вращающееся магнитное поле создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и куда он отдает вырабатываемую активную мощность P₂. Т.о. для работы АГ необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора. Режим электромагнитного торможения противовключением Если у работающего трехфазного АД поменять местами любую пару подключенных к сети выводов, то поле статора изменит направление вращения на обратное, а ротор АМ под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем направлении. При этом электромагнитный момент машины M_эм, направленный в сторону вращения магнитного поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее воздействие. Активная мощность, поступающая в машину из сети, затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т.е. на торможение. В этом режиме n₂<0, тогда Общий вывод: Характерной особенностью АМ является неравенство частот вращения магнитного поля статора n₁ и ротора n₂ , т.е. наличие скольжения, т.к. только в этом случае в обмотке ротора наводится ЭДС и возникает электромагнитный момент.

25. Уравнения напряжений асинхронной машины. Между обмотками статора и ротора АД существует только магнитная связь. Энергия из обмотки статора в ротор передается магнитным полем. Асинхронная машина в этом смысле аналогична трансформатору: - обмотка статора – первичная; - обмотка ротора – вторичная обмотка. МДС статора и ротора наводят в магнитной системе АМ результирующий магнитный поток, вращающийся с частотой n₁, и состоящий из основного магнитного потока Ф, сцепленного с обмотками и статора и ротора, и двух потоков рассеяния Ф_s1 и Ф_s2. Уравнение напряжения обмотки статора: Основной магнитный поток наводит в обмотке статора ЭДС. Поток рассеяния Ф_s1 наводит ЭДС рассеяния Е_s1, значение которой определяется индуктивным падением напряжения в обмотке статора где x₁ – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора. Для обмотки статора по второму закону Кирхгофа: или - уравнение напряжений обмотки статора АД (аналогичное уравнению напряжений первичной обмотки трансформатора). Уравнение напряжения обмотки ротора: Ротор АД вращается в сторону вращения поля с частотой n₂. Поэтому частота вращения поля статора относительно ротора n_S= n₁- n₂ . При этом основной магнитный поток индуцирует в обмотке ротора ЭДС где f₂ – частота ЭДС в обмотке ротора. или т.е. частота ЭДС (тока) обмотки ротора пропорциональна скольжению. При частоте f₁=50 Гц и S_н=5% f₂=2,5 Гц. Подставим и получим где Е₂ – ЭДС, наведенная в обмотке ротора при S =1, т.е. при неподвижном роторе. Поток рассеяния Ф_s2 наводит в обмотке ротора ЭДС рассеяния Е_s2, значение которой определяется индуктивным падением напряжения в обмотке ротора где x₂ – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора при неподвижном роторе. По второму закону Кирхгофа для обмотки ротора: или Разделим на S уравнение напряжений для обмотки ротора .

26. Уравнения МДС и токов асинхронной машины. Основной магнитный поток Ф в АД создается совместным действием МДС обмоток статора F₁и ротора F₂: где R_м – магнитное сопротивление магнитной цепи АД; F₀ – результирующая МДС, равная МДС обмотки статора в режиме х.х.: I₀ – ток х.х. в обмотки статора. МДС обмоток статора и ротора на один полюс в режиме нагруженного двигателя При изменении нагрузки на валу АД меняется ток в статоре I₁ и роторе I₂, но основной магнитный поток Ф при этом остается неизменным, т.к. напряжение, подведенное к обмотке статора, неизменно (U₁=const) и почти полностью уравновешивается ЭДС обмотки статора Т.к. ЭДС Е₁ пропорциональна основному магнитному потоку то поток при изменении нагрузки остается неизменным. Следовательно и результирующая МДС остается неизменной: - уравнение МДС Разделим на где - ток ротора, приведенный к обмотке статора. Уравнение токов АД: Ток статора I₁ имеет две составляющие: I₀ - намагничивающую (постоянную) составляющую и (-I₂) - переменную составляющую, компенсирующую размагни-чивающее влияние тока ротора.

27. Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя. Электромагнитный момент АД создается в результате взаимодействия тока в обмотке ротора и вращающегося магнитного поля. где - угловая синхронная скорость вращения т.к. то следовательно, электромагнитный момент АД пропорционален мощности электрических потерь в обмотке ротора. Подставим значение тока где и -приведенные сопротивления обмотки ротора. Зависимость называется механической характеристикой. Электромагнитный момент АД пропорционален квадрату напряжения сети Устойчивая работа АД возможна при скольжениях меньше критического .

28. Рабочие характеристики асинхронного двигателя. К рабочим характеристикам относятся зависимости от полезной мощности :при U₁ – const и f₁ – const: - частоты вращения - коэффициента полезного действия - полезного момента (момента на валу) - коэффициента мощности - тока статора Скоростная характеристика . и - скольжение АД и его частота вращения определяются отношением электри-ческих потерь к электромагнитной мощности. Увеличение активного сопротивления ротора r₂ приводит к росту наклона характеристики. Зависимость полезного момента (момента на валу) от полезной мощности: Зависимость коэффициента мощности от полезной мощности В режиме х.х. При нагрузке близкой к номинальной При нагрузке более номинальной снижается из-за возрастания x₂ за счет увеличения скольжения. Зависимость тока статора от полезной мощности В режиме х.х.: - индуктивная, намагничивающая составляющая тока. Дальнейший рост в основном за счет увеличения активной составляющей. Нарисуй график

29. Методы пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором с улучшенными пусковыми характеристиками. Пуск асинхронных двигателей с к. з. ротором : а) пуск непосредственным включением в сеть: пусковой ток I_п = (5 ÷7) I_н , но значительный М_п Применяется в АД мощностью до (30÷50) кВт б) пуск при пониженном напряжении: снижение пускового тока I _п сопровождается снижением пускового момента М_п. Понижение напряжения посредством реакторов и автотрансформаторов. - переключением обмотки статора со звезды на треугольник Пуск синхронных двигателей с фазным ротором АД с КЗР и улучшенными пусковыми характеристиками. - двигатель с глубокими пазами на роторе; - эффект «вытеснения тока».

30. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя. Частоту вращения ротора АД можно регулировать изменением: 1) скольжения S; 2) частоты тока в обмотке статора f₁; 3) числа пар полюсов в обмотке статора p. 1) Изменение скольжения возможно: а) изменением подводимого напряжения; б) нарушением симметрии этого напряжения;в) изменением активного сопротивления обмотки ротора. 1.а изменением подводимого напряжения: Недостатки этого способа:- узкий диапазон регулирования; - неэкономичность регулирования (необходимость в дополнительном оборудовании). 1.б

нарушением симметрии подводимого напряжения. Вращающееся магнитное поле становится эллиптическим и приобретает обратную составляющую, создающую тормозящий момент М_обр. Недостатки этого способа: - узкий диапазон регулирования; - снижение КПД при увеличении несимметрии.

1.в изменением активного сопротивления обмотки ротора: Возможно лишь в АД с фазным ротором Недостатки этого способа: - неэкономичность (из-за роста потерь в цепи ротора); - рост влияния нагрузки на частоту вращения; - регулирование n₂ только «вниз». Достоинство: - обеспечение улучшенных пусковых характеристик. 2) Изменением частоты тока в статоре: т.е. изменением синхронной частоты вращения за счет использования источников питания с регулируемой частотой тока - преобразователей частоты (электромашинных, ионных, полупровод-никовых и т.д.). Достоинство: широкий диапазон регулирования (до 12:1). Недостаток: преобразователь частоты значительно удорожает установку. Этот способ применяется: 1) для одновременного регулирования группы АД, работающих в одинаковых условиях; 2) в пожаро и взрывоопасных средах, где применение коллекторных двигателей недопустимо. 3) Изменением числа полюсов обмотки статора:- путем укладки такой обмотки, конструкция которой позволяет получать различное число полюсов, переключая катушечные группы. Ступенчатое регулирование (при f₁=50 Гц). Применяется только в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором. (В АД с фазным ротором пришлось бы переключать и обмотку ротора.)

31. Потери и коэффициент полезного действия асинхронных машин. Энергетическая диаграмма. Механические потери - потери на преодоление сил трения в подшипниках и на вентиляцию, а также сил трения в скользящем контакте (в АД с фазным ротором). Добавочные потери - включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, вызванных действием высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. (т.е. 0,5 % от P₁) Сумма всех потерь в АД: Энергетическая диаграмма АД : Коэффициент полезного действия Переменные потери, величина которых зависит от нагрузки, - это электрические потери в обмотках и добавочные потери . Постоянные потери - это магнитные потери , а также механические потери , которые можно считать почти постоянными, т.к. у АД частоты вращения изменяется незначительно. При P₂> P_2н значение h убывает, что объясняется интенсивным ростом переменных потерь.

32. Устройство и принцип действия синхронного генератора. Работа синхронного генератора при холостом ходе: При х.х. ток статора I = 0 и магнитный поток Ф₀ создается только обмоткой возбуждения и направлен по оси полюсов ротора. При вращении ротора поток Ф₀ наводит в обмотке статора ЭДС Характеристика холостого хода при I = 0 и n₁=const.

33. Холостой ход и работа синхронной машины под нагрузкой. Реакция якоря. При х.х. ток статора I = 0 и магнитный поток Ф₀ создается только обмоткой возбуждения и направлен по оси полюсов ротора.

При вращении ротора поток Ф₀ наводит в обмотке статора ЭДС Характеристика холостого хода при I = 0 и n₁=const.

Реакция якоря синхронной машины. В машине, работающей под нагрузкой, т.е при токах статора I ≠ 0, магнитное поле создается не только МДС ротора, но и МДС токов статора. Воздействие МДС якоря на магнитное поле ротора называют реакцией якоря. В ненасыщенной машине в результате действия реакции якоря одна половина полюса размагничивается а другая – под-магничивается; кривая распределения маг-нитной индукции В сдвигается навстречу направления вращения на угол Q, но результирующий магнитный поток Ф остается неизменным. В насыщенной машине размагничивающее действие реакции якоря под одной половиной полюса сказывается сильнее, чем подмагничивающее - под другой половиной полюса. В результате снижается поток Ф, а, следовательно, и ЭДС, и электромагнитный момент. При индуктивном характере тока нагрузки размагничивающее действие реакции якоря усиливается, а при достаточной емкостной нагрузке – реакция якоря оказывает подмагничивающее воздействие.

34.Основные характеристики синхронного генератора. Внешняя характеристика при I_в = const, cosj₁= const и n₁=const. Относительное изменение напряжения генератора при номинальном токе называют номинальным изменением напряжения. Регулировочная характеристика показывает, как следует изменять (регулировать) ток возбуждения генератора при изменениях нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменно равным номинальным. Регулировочная характеристика: при U₁ = U_1н = const, cosj₁= const и n₁=const.

35. Электромагнитный момент синхронной машины, угловые характеристики. Электромагнитный момент М_эм синхронной машины создается в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с основным магнитным потоком ротора Ф₀ . где - угловая синхронная скорость вращения Электромагнитная мощность неявнополюсной синхронной машины где x_c – синхронное индуктивное сопротивление обмотки статора. Для явнополюсного синхронного генератора где x_d и x_q – синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной оси. Электромагнитный момент неявнополюсной синхронной машины Для явнополюсной синхронной машины При увеличении нагрузки синхронного генератора растет ток I₁ и увеличивается угол q, что ведет к изменению электромагнитной мощности P_эм и электромагнитного момента M_эм. Зависимости P_эм=f (q ) и M_эм=f (q ) называются угловыми характеристиками синхронной машины.