- •Часть 1
- •Предисловие
- •Введение
- •Основные физические законы функционирования электрических машин
- •Общие вопросы машин постоянного тока
- •2.1. Принцип действия машин постоянного тока
- •2.2. Конструкция машин постоянного тока
- •2.3. Обмотки якоря машин постоянного тока
- •2.3.1. Принципы реализации обмотки якоря и основные понятия
- •2.3.2. Простая петлевая обмотка
- •2.3.3. Простая волновая обмотка
- •2.3.4. Сложная волновая обмотка
- •2.3.5. Сложноволновая обмотка
- •2.4. Эквипотенциальные соединения обмоток якоря
- •2.5. Способы создания магнитного поля или способы возбуждения машин постоянного тока
- •2.6. Эдс якорной обмотки машин постоянного тока
- •2.7. Механический момент на валу машины постоянного тока
- •2.8. Магнитное поле машины постоянного тока, работающей в режиме холостого хода
- •2.9. Магнитное поле нагруженной машины постоянного тока. Реакция якоря
- •2.10. Коммутация обмотки якоря машин постоянного тока
- •Двигатели постоянного тока
- •3.1. Принцип действия двигателей постоянного тока
- •3.2. Основные уравнения двигателя постоянного тока
- •3.3. Потери и коэффициент полезного действия двигателей постоянного тока
- •3.4. Характеристики двигателей постоянного тока
- •3.4.1. Характеристики двигателей с независимым и параллельным возбуждением
- •3.4.2. Характеристики двигателей с последовательным возбуждением
- •3.4.3. Характеристики двигателей постоянного тока смешанного возбуждения
- •3.5. Пуск двигателей постоянного тока
- •3.6. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- •3.6.1. Регулирование частоты вращения двигателей с параллельным, независимым и смешанным возбуждением
- •3.6.2. Регулирование частоты вращения двигателя с последовательным возбуждением
- •Генераторы постоянного тока
- •4.1. Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения
- •4.2. Энергетическая диаграмма генераторов постоянного тока
- •4.3. Основные характеристики генераторов постоянного тока
- •4.4. Характеристики генератора с независимым возбуждением
- •4.4.1. Характеристика холостого хода
- •4.4.2. Нагрузочная характеристика генератора
- •4.4.3. Внешняя характеристика
- •4.4.4. Регулировочная характеристика
- •4.4.5. Характеристика полного падения напряжения
- •4.5. Рабочая точка нагруженного генератора
- •4.6. Характеристики генератора с параллельным возбуждением
- •4.6.1. Условия самовозбуждения генераторов
- •4.6.2. Характеристика холостого хода
- •4.6.3. Нагрузочная характеристика
- •4.6.4. Внешняя и регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением
- •4.7. Генераторы с последовательным возбуждением
- •4.8. Генераторы постоянного тока со смешанным возбуждением
- •4.9. Использование генераторов постоянного тока
- •4.10. Параллельная работа генераторов
- •Трансформаторы
- •5.1. Принцип действия трансформаторов
- •5.2. Конструкция однофазных трансформаторов
- •5.3. Потери электрической энергии в трансформаторе и коэффициент полезного действия трансформатора
- •5.4. Режим холостого хода трансформатора
- •5.5. Работа трансформатора в режиме нагрузки
- •5.6. Приведенный трансформатор и его схема замещения
- •5.7. Экспериментальное определение параметров трансформатора
- •5.8. Изменение выходного напряжения трансформатора при изменении тока нагрузки. Внешняя характеристика трансформатора
- •5.9. Внешняя характеристика трансформаторов
- •5.10. Трехфазные трансформаторы. Принцип действия трехфазных трансформаторов
- •5.11. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов
- •5.12. Специальные трансформаторы
- •5.12.1. Автотрансформаторы
- •5.12.2. Измерительные трансформаторы
- •5.13. Параллельная работа трансформаторов
- •Асинхронные машины
- •6.1. Магнитные поля асинхронных двигателей. Вращающееся магнитное поле
- •6.2. Эллиптические и пульсирующие магнитные поля
- •6.3. Принцип действия асинхронного двигателя
- •6.4. Конструкция асинхронного двигателя
- •6.5. Обмотки асинхронных машин
- •6.6. Электродвижущие силы статорной и роторной обмоток
- •6.7. Магнитный поток асинхронных машин
- •6.8. Векторная диаграмма асинхронного двигателя
- •6.9. Электрическая схема замещения асинхронного двигателя
- •6.10. Энергетические процессы асинхронной машины
- •6.11. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
- •6.12. Общее уравнение вращающего момента асинхронной машины
- •6.13. Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя
- •6.14. Формула Клосса
- •6.15. Эквивалентная схема замещения асинхронной машины с намагничивающей цепью, приведенной к сетевым зажимам
- •6.16. Круговая диаграмма асинхронной машины. Построение диаграммы
- •6.17. Анализ круговой диаграммы
- •6.18. Пуск трехфазных асинхронных двигателей
- •6.19. Пуск двигателей с фазным ротором
- •6.20. Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором
- •6.21. Двигатели со специальной роторной обмоткой и улучшенными пусковыми характеристиками
- •6.22. Способы регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя
- •6.22.1. Изменение частоты вращения с помощью изменения числа пар полюсов
- •6.22.2. Изменение частоты вращения двигателя изменением частоты сети
- •6.22.3. Регулирование частоты вращения ротора асинхронных двигателей изменением сопротивления роторной цепи
- •6.23. Рабочие характеристики асинхронных двигателей
- •Зависимость скорости вращения ротора двигателя от выходной мощности
- •Зависимость механического момента на валу двигателя от выходной мощности
- •Зависимость кпд двигателя от выходной мощности
- •Зависимость коэффициента потребляемой мощности от нагрузки (рис. 6.59)
- •Зависимость потребляемой двигателем мощности от выходной мощности
- •Зависимость скольжения двигателя от выходной мощности
- •6.24. Работа асинхронного двигателя в различных режимах
- •6.25. Работа асинхронной машины с фазным ротором в режиме регулятора трехфазного напряжения
- •6.26. Однофазные асинхронные двигатели
- •6.27. Маркировка выводов асинхронного двигателя
- •Синхронные генераторы
- •7.1. Принцип действия синхронных машин
- •7.2. Конструкция синхронной машины
- •7.3. Режим холостого хода генератора
- •7.4. Реакция якоря синхронной машины
- •7.4.1. Физическая природа реакций якоря
- •7.4.2. Реакция якоря в неявнополюсной машине
- •7.4.3. Реакция якоря в явнополюсной машине. Теория двух реакций
- •7.5. Векторные диаграммы напряжений трехфазного синхронного генератора
- •7.5.1. Диаграмма электродвижущих и намагничивающих сил трехфазных синхронных генераторов с неявно выраженными полюсами
- •7.5.2. Векторная диаграмма эдс трехфазного синхронного генератора с явно выраженными полюсами (диаграмма Блонделя)
- •7.6. Изменение напряжения на выходе синхронного генератора
- •7.6.1. Синхронное сопротивление
- •7.6.2. Изменение напряжения на выходе генератора при изменении нагрузки
- •7.7. Основные характеристики синхронного генератора
- •7.7.1. Характеристика холостого хода
- •7.7.2. Характеристика короткого замыкания
- •7.7.3. Нагрузочная характеристика
- •7.7.4. Внешние характеристики
- •7.7.5. Регулировочные характеристики генератора
- •7.8. Включение в сеть трехфазных генераторов или параллельная работа генераторов переменного тока
- •7.9. Угловые характеристики синхронных генераторов
- •7.10. Мощность синхронизации и момент синхронизации
- •7.11. Влияние тока возбуждения на режим работы синхронного генератора
- •7.12. Потери энергии и коэффициент полезного действия синхронного генератора
- •Синхронные двигатели
- •8.1. Принцип действия синхронных двигателей
- •8.2. Векторная диаграмма напряжений синхронного двигателя
- •8.3. Мощность и механический момент синхронного двигателя
- •8.5. Характеристики синхронного двигателя
- •8.6. Методы пуска синхронных двигателей
- •8.7. Синхронные компенсаторы
- •8.8. Способы возбуждения синхронных машин
- •Заключение
- •Список литературы
- •Оглавление
- •440026, Пенза, Красная, 40.
6.25. Работа асинхронной машины с фазным ротором в режиме регулятора трехфазного напряжения
Асинхронная машина с фазным ротором может использоваться как автотрансформатор, коэффициент трансформации которого может изменяться в широких пределах. Для использования машины в таком режиме блокируют ротор асинхронного двигателя, а обмотки статора и ротора соединяют по схеме, представленной на рис. 6.63. Такая схема соединения применяется при использовании машины в качестве индуктивного регулятора.
Рис. 6.63
Рис. 6.64
Из принципа действия индуктивного регулятора следует, что фазное напряжение статорной обмотки, оставаясь неизменным по величине, изменяет свою начальную фазу при повороте ротора. Этот эффект положен в основу принципа действия фазового регулятора, т. е. устройства, обеспечивающего возможность изменения фазового сдвига выходного напряжения относительно входного в неограниченных пределах, т. е. от нуля до 360 .
6.26. Однофазные асинхронные двигатели
Основное достоинство трехфазной системы напряжений заключается в возможности достаточно просто получить вращающееся магнитное поле, положенное в основу принципа действия трехфазных двигателей.
Однако использование трехфазных асинхронных двигателей ограничено необходимостью иметь трехфазное напряжение. Наряду с трехфазными двигателями широкое распространение получили однофазные асинхронные двигатели, т. е. двигатели, подключаемые к сети однофазного тока. Область использования однофазных асинхронных двигателей очень широка, но в большинстве случаев речь идет о двигателях малой мощности. Основной задачей при разработке таких двигателей является проблема получения вращающегося магнитного поля или поля близко к вращающемуся. Такое поле машины может быть получено различными способами. Однако для начала рассмотрим один из режимов работы однофазного асинхронного двигателя.
Рабочая обмотка однофазного двигателя расположена на статоре и питается от однофазной сети. Ток этой обмотки создает пульсирующее магнитное поле. К пульсирующему магнитному полю относят такое магнитное поле, когда в каждой точке воздушного зазора машины индукция изменяется по синусоидальному закону во времени, а амплитуда колебаний индукции зависит от пространственного угла, определяющего положение этой точки в воздушном зазоре. Максимальная амплитуда индукции имеет место в точках, совпадающих с серединой обмотки.
Конфигурация распределения индукции в зазоре при круговом поле в различные моменты времени была представлена ранее и характеризуется тем, что при синусоидальном распределении индукции все поле вращается вокруг оси ротора со скоростью, определяемой частотой сети. Как уже показано ранее, пульсирующее магнитное поле машины можно рассматривать в виде суммы двух вращающихся магнитных полей. Следовательно, асинхронный двигатель при пульсирующем поле может рассматриваться как два трехфазных одинаковых двигателя, роторы которых расположены на одной оси, а статорные обмотки включены таким образом, что магнитные поля вращаются в пространстве в противоположных направлениях. При неподвижном роторе двигатели создают механические моменты, равные по величине и противоположные по направлению. Результирующий механический момент в этом случае будет равен нулю, и запустить такой двигатель при моменте сопротивления, не равном нулю, невозможно. Однако однофазный двигатель при пульсирующем поле имеет свою механическую характеристику, которая получается путем сложения механических характеристик двух трехфазных двигателей, эквивалентных одному однофазному, как об этом говорилось ранее.
Рис. 6.65
Механическая характеристика однофазного двигателя с пульсирующим полем представлена зависимостью , характеристики ординаты которой равны алгебраической сумме ординат исходных механических. При двигатель не может быть запущен. Условия для вращения ротора в том или другом направлении совершенно одинаковы, и если с помощью внешних устройств довести вращение ротора до значений скольжений, близких к нулю или к двум, двигатель будет работать при определенных моментах, соответствующих восходящим участкам механической характеристики.
Для запуска однофазного двигателя и для последующей его нормальной работы необходимы дополнительные устройства, позволяющие получить в двигателе вращающееся или близкое к вращающемуся магнитное поле на время пуска. Для создания такого поля на статоре располагается дополнительная обмотка, по конструкции сходная с рабочей обмоткой, но расположенная в пространстве таким образом, что направление магнитного потока, создаваемого этой обмоткой, не совпадает с направлением основного магнитного потока на 90 . Такая дополнительная обмотка питается от той же сети, что и основная или рабочая обмотка, но для получения поля, близкого к вращающемуся магнитному полю, необходимо обеспечить фазовый сдвиг между токами рабочей и дополнительной обмотками на четверть периода. Для этого используются, как правило, конденсаторы, включаемые последовательно с дополнительной обмоткой. Емкость конденсатора можно выбрать таким образом: ток обмотки в момент пуска двигателя при скольжении, равном единице, будет опережать по фазе ток рабочей обмотки на 90 . В момент пуска поле машины становится практически круговым вращающимся, и двигатель развивает достаточно большой пусковой момент.
Дополнительная обмотка с конденсатором может быть оставлена включенной в сеть и после работы, но при вращающемся роторе электрические параметры обмотки отличны от аналогичных параметров при заторможенном роторе. Для обеспечения необходимого фазового сдвига между током рабочей и током дополнительной обмотки емкость конденсатора следует уменьшить.
На практике последовательно с дополнительной обмоткой включают два конденсатора, один из которых называется пусковым, а другой – рабочим, причем пусковой конденсатор подключается только лишь на время пуска. Если двигатель эксплуатируется в условиях, когда нет необходимости иметь большой пусковой момент (например, в вентиляторном режиме), однофазные двигатели, имеющие дополнительные обмотки, включаются в сеть без пускового конденсатора.
Однофазные двигатели с пусковым и рабочим конденсатором называют конденсаторными. Общая схема включения конденсаторных двигателей представлена на рис. 6.66.
Рис. 6.66
Двигатель имеет две обмотки, расположенные на статоре: – рабочая обмотка, – пусковая обмотка, – рабочий конденсатор, – пусковой конденсатор, – ротор двигателя.
Рис. 6.67
Как следует из механических характеристик, при замкнутом ключе (пусковой конденсатор подключен) двигатель развивает достаточно большой пусковой момент , и частота вращения ротора увеличивается. При достижении скольжения, близкого к критическому ( ), пусковой конденсатор можно отключить, и двигатель будет продолжать работать в соответствии с механической характеристикой .
Рис. 6.68
Величина емкости конденсатора может быть определена приблизительно, исходя из следующих соотношений:
и ,
где мощность двигателя в киловаттах.
Используются и другие схемы включения трехфазных двигателей в однофазном режиме. В зависимости от режима нагрузки емкость конденсаторов можно подобрать таким образом, что напряжение на зажимах двигателя будет близко к номинальному напряжению.