Внешняя характеристика СГ в зависимости от характера нагрузки. Самостоятельная проработка.

Расчет трёхфазной цепи переменного тока.

 

В трёхфазную цепь с линейным напряжением 220 В включены в треугольник лампы накаливания с сопротивлениями Z_A=R_A’B’ =10 Ом, Z_B=Z_C=R_C’A’=20 Ом. Определить напряжения на лампах при перегорании предохранителя в начале линии ВВ’.

Р е ш е н и е: При перегорании предохранителя нагрузки фазы А’В’ и В’С’ окажутся включёнными последовательно, поэтому

Напряжение на зажимах ламп:

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое трёхфазная цепь?

2. Что такое нейтраль трехфазной системы?

3. Какое напряжение называется фазным,линейным?

4. Когда линейное напряжение генератора равно фазному?

5. Как определить мощность трехфазной системы?

6. Что такое вращающееся магнитное поле?

Лекция

Асинхронные двигатели.

План:

1. Принцип действия асинхронного двигателя. Его устройство.

2. Основные параметры асинхронных двигателей.

3. Пуск и регулирование частоты вращения АД. Самостоятельная работа.

4. Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя. Пуск однофазных АД. Самостоятельная работа.Л.1 с.14-18.,Л.2 с.71-74.,Л.3.Материалы лекции.

 

Литература:

1. Бушуев В.М. Электропитание устройств связи: Учебник для техникумов. М.: Радио и связь, 1986.-240с.

2. Плотников Г.С. Электромонтёр электроустановок предприятий связи. М.: Радио и связь, 1989.-320с.

3. Набор опорных конспектов по предмету Электропитание. г.Львов.

 

 

1.Принцип действия асинхронного двигателя. Работа асинхронного двигателя основана на явлении, названном «диск Араго — Ленца» (рис. 1). Это явление заключается в следующем: если перед полю­сами постоянного магнита поместить медный диск, свободно сидящий на оси, и начать вращать магнит вокруг его оси с помощью рукоятки, то медный диск будет вращаться в том же направлении. Это объясня­йся тем, что при вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуцирует в нем вихревые токи. В результате взаимодейст­вия вихревых токов с магнитным полем магнита возникает сила, приводящая диск во вращение. На основании закона Ленца напра­вление всякого индуцированного тока таково, что оно противодей­ствует причине, его вызвавшей. Поэтому вихревые токи стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение таким образом, что он следует за магни­том. При этом частота вращения диска всегда меньше частоты вра­щения магнита. Если бы их частоты почему-либо стали одинаковыми,

 

 

 

Рис. 1. Схема, поясняющая принцип действия Рис. 2. Устройство асинхронного асинхронного двигателя: двига­теля:

1-медный диск; 2 – ось; 3- рукоятка 1 - корпус; 2 – статор; 3 – ротор; 4 – подшипник;

5 – щиток

 

то магнитное поле не перемещалось бы относительно диска и, следо­вательно, в нем не возникали бы вихревые токи, т.е. не было бы силы, под воздействием которой диск вращается.

В асинхронных двигателях постоянное магнитное поле заменено вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной системой переменного тока.

Как и любая вращающаяся машина переменного тока, асинхрон­ный двигатель (рис. 2) состоит из двух основных частей, неподвиж­ной части (статора) и подвижной (вращающейся) части (ротора). Асинхронная машина обладает свойством обратимости, т. е. Может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двига­теля.

Статор состоит из чугунного или алюминиевого корпуса, в котором укреплен сердечник в виде пакета из электротехнической стали. В пазах сердечника статора уложены секции трехфазной обмотки, концы которой выведены на щиток зажимов для присоединения к, питающей сети. Обмотка ротора электродвигателей бывает либо короткозамкнутой, либо изолированной (с фазным ротором). Короткозамкнутая обмотка ротора (рис.3) представляет собой цилиндри­ческую клетку из медных или алюминиевых стержней, которые без изоляции заложены в пазы сердечника ротора. Торцевые концы стержней замкнуты кольцами из того же материала Обмотка фазного ротора, как правило, трехфазная, с таким же числом катушек, что и обмотка статора данного двигателя. Обмотки фазного ротора соедине­ны в звезду, свободные концы фаз присоединены к трем контактным кольцам, также расположенным на валу ротора, но изолированным от него и между собой. По контактным кольцам скользят угольные щетки, укрепленные в неподвижных щеткодержателях. Такое уст­ройство позволяет подключить к обмоткам ротора пусковой трех­фазный реостат, который позволяет снизить величину пускового тока.

2. Основные параметры асинхронных двигателей. Частота вращения ротора асинхронного двигателя меньше частоты вращения магнитного поля. Эти частоты связаны соотношением

 

s = (n_t – пг)/ n_t или s =

 

где п_г = 60 f/p — частота вращения магнитного поля, об/мин, назы­ваемая синхронной, n₂ — частота вращения ротора, об/мин; s — скольжение.

В начальный момент включения электродвигателя частота враще­ния ротора n₂ = 0 и s=l. Номинальное скольжение находится обычно в пределах 2… 8%. На рис 4 показана зависимость вра­щающего момента от скольжения.

Устойчивая работа двигателя возможна только на восходящей ветви кривой зависимости вращающего момента от скольжения, т. е. При изменении скольжения от 0 до S_max.. Это возможно потому, что на восходящей ветви кривой с увеличением нагрузки (скольжения) вращающий момент увеличивается, а на нисходящей ветви кри­вой — уменьшается. Максимальное значение вращающего момента М_тах называется опрокидывающим.

-

Рис. 3. Устройство короткозамк- Рис. 4 Зависимость момента асинхронного нутой обмотки ротора двигателя от скольжения

 

При практических расчетах номинальный вращающий момент электродвигатели М_ном (Н^.м) удобно определять в зависимости от его номинальной мощности и частоты вращения по формуле

М_ном =

 

где Р_ном — номинальная мощность электродвигателя, кВт; n_ном — номинальная частота вращения двигателя, об/мин.

 

 

Самостоятельная работа.

3. Пуск и регулирование частоты вращения асинхронных электро­двигателей. При включении асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором в сеть на полное напряжение его пусковой ток в несколько раз превышает номинальное значение. По мере увели­чения оборотов двигателя этот ток быстро падает до значения, завися­щего от нагрузки. Имеется ряд способов уменьшения пускового тока, которые сводятся к временному уменьшению напряжения на зажимах статора. Наибольшее распространение из них получили: включение в цепь подводящих проводов реостата, индуктивных сопротивлений, автотрансформатора, а также переключение обмоток статора со схемы звезды на треугольник. В последнем случае пуско­вой ток в сети уменьшается в 3 раза, как и пусковой момент двигателя. При пуске электродвигателей способами, использующими снижение напряжения на фазах статорных обмоток, пусковой вращающий мо­мент снижается пропорционально квадрату напряжения, что ограни­чивает применение этих способов пуска.

Пуск мощных двигателей под нагрузкой осуществляется с помощью реостата, включаемого в цепь фазного ротора. Однако двигатели с фазным ротором сложны по конструкции и дороже двигателей с короткозамкнутым ротором, поэтому применяются редко.

Число оборотов асинхронного электродвигателя можно регули­ровать изменением скольжения, числа пар полюсов и частоты напря­жения, подводимого к электродвигателю.

Повышение скольжения применяется в электродвигателях с фазным ротором путем включения реостата в цепь ротора. В двигате­лях с короткозамкнутым ротором — активного или индуктивного сопротивлений в цепь обмотки статора.

Регулирование числа оборотов двигателя путем изменения числа пар полюсов является ступенчатым и требует усложнения конст­рукции электродвигателя. Выпускают двух-; трех-; и четырех -скоростные двигатели. Так, четырехскоростной двигатель может иметь синхронные скорости вращения 500, 750, 1000 и 1500 об/мин.

Для регулирования числа оборотов путем изменения частоты напряжения двигатели должны получать питание от специальных генераторов переменного тока с регулируемой частотой.

Изменение направления вращения асинхронных трехфазных дви­гателей достигают взаимным переключением двух питающих про­водов.

4. Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя. Пуск однофазных АД. Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя, т. е. зависимость момента на валу М, КПД, частоты вращения п₂, коэф­фициента мощности cos и некоторые другие от нагрузки двигателя (в относительных единицах) показана. При нагрузках, близких к номинальной, эти характеристики оптимальны.

Пуск однофазных асинхронных двигателей. Особенностью одно­фазного двигателя является отсутствие начального, или пускового, момента, т. е. при включении такого двигателя в сеть ротор его бу­дет оставаться неподвижным. Если же под действием какой-либо внешней силы вывести ротор из состояния покоя, то двигатель будет развивать вращающий момент. Отсутствие начального враща­ющего момента является существенным недостатком однофазных асинхронных двигателей, поэтому их всегда снабжают пусковыми устройствами.

Наиболее простым пусковым устройством являются две обмотки, помещенные на статоре и сдвинутые одна относительно другой на половину полюсного деления (90 эл. град). Для получения угла сдвига фаз между токами в обмотках, равного примерно четверти периода, одну из обмоток (рабочую) включают в сеть непосредст­венно, а вторую обмотку (пусковую) — последовательно с катушкой или конденсатором (рис.6). Пусковую обмотку включают только на период пуска.

В качестве однофазного двигателя может быть использован любой трехфазный двигатель. При работе трехфазного двигателя в качестве однофазного, рабочая, или главная, обмотка, состоящая из двух последовательно соединенных фаз, включается непосредственно в од­нофазную, сеть, третья фаза, являющаяся пусковой, включается в ту же сеть через пусковой элемент — резистор, катушку или конден­сатор.

 

 

Контрольные вопросы

1. Что называется асинхронным двигателем?

2. Что называется скольжением ротора?

3. Каковы особенности пуска асинхронных двигателей?

4. Как осуществить реверс АД?

Лекция

Синхронные генераторы.

План

1. Назначение, принцип действия, устройство синхронных машин.

2. Основные электрические параметры СГ.

3. Внешняя характеристика СГ в зависимости от характера нагрузки. Самостоятельная проработка.Л.1.с.18-22.,Л.2.с.74-78.,Л.3.Материалы лекции.

 

Литература:

1. Бушуев В.М. Электропитание устройств связи: Учебник для техникумов. М.: Радио и связь, 1986.-240с.

2. Плотников Г.С. Электромонтёр электроустановок предприятий связи. М.: Радио и связь, 1989.-320с.

3. Набор опорных конспектов по предмету Электропитание. г.Львов.

 

1. Синхронные машины. Эти машины характеризуются тем, что число оборотов их ротора равно числу оборотов вращающего поля статора. Статоры синхронной и асинхронной машин одинаковы, а по обмотке ротора (обмотка возбуждения) синхронной машины протекает постоянный ток от специальной машины (возбудителя) или другого источника постоянного тока.

Синхронные машины могут работать генераторами переменного тока или электродвигателями.

2. Основные электрические параметры СГ. При вращении ротора синхронной машины первичным двигате­лем магнитный поток возбуждения Ф_в вращается с неизменной частотой п и наводит в трехфазной обмотке статора ЭДС Е = 4,44 f Ф_в К, где f — частота тока в статоре; w — число витков в фазе статора; K — коэффициент, зависящий от конструкции машины (обычно он составляет примерно 0,92...0,96). Частота ЭДС и тока синхронного генератора зависит от числа пар полюсов и частоты вра­щения ротора: f = np/60.

Возникновение ЭДС в проводниках синхронной машины воз­можно как при перемещении проводником в неподвижном электри­ческом поле, так и при перемещении магнитного поля относи­тельно неподвижных проводников. В первом случае полюсы, т. е. индуцирующая часть машины, возбуждающая магнитное поле, располагают на неподвижной части машины (статоре), а индуци­руемую часть машины (якорь), т. е. проводники, в которых создает­ся ЭДС, — на вращающейся части машины (роторе). Во втором случае полюсы располагают на роторе, а якорь на статоре. Наиболее широкое применение получили синхронные генераторы, в которых полюсы помещены на роторе, а якорь — на статоре.

Устройство статора синхронного генератора аналогично устрой­ству статора асинхронного двигателя. Ротор синхронных генераторов выполняют либо с неявно выраженными полюсами, т. е. без выступа­ющих полюсов, либо с явно выраженными (выступающими) полюсами.

В машинах с относительно малой частотой вращения (при большом числе полюсов) ротор имеет явно выраженные полюсы (рис 1,а),

 

Рис. 1. Ротор синхронной машины: а — с явно выраженными полюсами;

6 — с неявно выраженными полюсами

 

равномерно расположенные по его окружности. При большой час­тоте вращения такое устройство ротора не может обеспечить нужной механической прочности и, поэтому высокоскоростные машины снаб­жены роторами с неявно выраженными полюсами (рис.1, б).

Материал для самостоятельной проработки.

 

Внешняя характеристика СГ в зависимости от характера нагрузки. Самостоятельная проработка.

На рис.2 (а) даны внешние характеристики синхронного генератора при резистивной и реактивной нагрузках. Эти характе­ристики показывают зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при неизменных частоте вращения ротора и токе возбуждения. Различный вид этих характеристик при резистивной, индуктивной и емкостной нагрузках объясняется неодинаковым воздействием поля реакции якоря на магнитный поток полюсов. Чтобы обеспечить постоянство напряжения при изменении нагруз­ки, необходимо изменять ток возбуждения в синхронном генераторе.

Зависимость, показывающая, каким образом необходимо изме­нить ток в обмотке возбуждения i_B для того, чтобы при изменении

Рис. 2. Внешние (а) и регулировочные (б) характеристики синхронного ге­нератора при нагрузках:

/ — емкостной; 2 — резистивной, 3 — индуктивной

 

нагрузки генератора напряжение на его зажимах оставалось неиз­менным, называется регулировочной характеристикой (рис. 2,6).

Наиболее часто синхронные генераторы работают на общую мощ­ную сеть электростанции или энергосистемы. Для включения гене­ратора в сеть необходимо: одинаковое чередование фаз в сети и гене­раторе; равенство напряжения сети и ЭДС генератора; равенство частот ЭДС генератора и тока сети; включать генератор в тот мо­мент, когда ЭДС генератора в каждой фазе направлена встречно напряжению сети.

При включении генераторов в сеть используют специальные уст­ройства — синхроскопы. Простейшим синхроскопом являются три лампы накаливания, включаемые между зажимами генератора и сети. Лампы должны быть рассчитаны на двойное напряжение сети и до включения генератора на параллельную работу с сетью либо все загораться, либо гаснуть. В момент, когда ЭДС генератора равна и направлена встречно напряжению сети, лампы погаснут, так как напряжение на каждой лампе равно нулю. При погасании ламп генератор включается в сеть. До включения генератора в сеть его ЭДС измеряют вольтметром и путем регулирования тока возбуж­дения устанавливают ее равной напряжению сети. Частота ЭДС генератора регулируется изменением частоты вращения первичного двигателя.

Контрольные вопросы

1. Что называется СГ?

2. Как называется неподвижная часть СГ?

3. Что такое якорь СГ?

4. Основные электрические параметры СГ?

5. Условия включения генератора в сеть?

4. Что называется регулировочной характеристикой СГ?