Асинхронный тахогенератор

 

Тахогенератор – это электрическая машина, преобразующая скорость вращения в электрический сигнал. Зависимость напряжения на выходе тахогенератора от скорости вращения называется выходной характеристикой. В идеальном случае эта зависимость прямая. Тахогенераторы используются для измерения скорости вращения, выработки ускоряющих и замедляющих сигналов, для операции дифференцирования.

Тахогенератор устроен так же, как и однофазный асинхронный двигатель. В пазах статора уложены две сдвинутые в пространстве на 90⁰ обмотки: возбуждения (ОВ) и выходная генераторная (ОГ). Схема включения тахогенератора приведена на рисунке 45.

 

Рис. 45. Схема включения асинхронного тахогенератора

Принцип действия тахогенератора рассмотрим на примере полого ротора, состоящего из конечного числа витков, замкнутых на концах.

При питании обмотки возбуждения переменным током возникает неподвижный в пространстве пульсирующий с частотой сети магнитный поток . Этот поток пронизывает тело полого немагнитного ротора и генераторную обмотку. При неподвижном роторе ЭДС в генераторной обмотке не возникает, в силу того, что магнитный поток расположен перпендикулярно обмотке. Когда же полый ротор вращается, в результате пересечения им магнитного потока возбуждения в роторе индуцируется два вида ЭДС: трансформаторная – (показана внутри ротора) и ЭДС вращения – (показана снаружи ротора).

В контурах, перпендикулярных оси обмотки возбуждения, под действием трансформаторной ЭДС протекают токи и возникает поток , который в соответствии с правилом Ленца направлен навстречу потоку обмотки возбуждения. Так как ось генераторной обмотки перпендикулярна потоку , он не будет индуцировать в ней ЭДС (рис. 45).

В контурах, параллельных оси обмотки возбуждения, под действием ЭДС вращения тоже протекают токи, создающие свой магнитный поток . Он, пульсируя по оси генераторной обмотки, наводит в ней выходную ЭДС.

В результате в генераторной обмотке возникает ЭДС, пропорциональная скорости вращения.

 

Вопросы для самопроверки

1. Какие машины переменного тока относятся к асинхронным машинам?

2. За счет чего создается вращающееся магнитное поле в асинхронной машине?

3. Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

4. Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором.

5. Принцип действия асинхронного двигателя.

6. Что такое скольжение асинхронного двигателя и в каких пределах оно изменяется?

7. Почему ток холостого хода асинхронного двигателя составляет 25 – 50%, а у трансформатора 3 – 10% от номинального?

8. Частота вращения поля ротора.

9. Нарисовать схему замещения фазы асинхронного двигателя. Пояснить, какие элементы в нее входят.

10. Записать выражение зависимости момента на валу асинхронного двигателя от скольжения и изобразить ее на графике.

11. Максимальный момент асинхронного двигателя: выражение, значение соответствующего скольжения. Показать на графике и пояснить, что он означает.

12. Определение механической характеристики асинхронного двигателя. Изобразить ее график и показать на нем характерные точки.

13. Условия пуска двигателя.

14. Перечислите способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

15. Пуск двигателя с фазным ротором.

16. Область применения и достоинства однофазных асинхронных двигателей.

17. Опишите принцип работы однофазного асинхронного двигателя.

18. Пуск однофазного асинхронного двигателя.

19. Назначение и принцип работы асинхронного тахогенератора.

Задача 3. Задан трехфазный асинхронный двигатель, номинальные данные которого:

Номинальная мощность двигателя номинальная скорость номинальный КПД номинальный кратность максимального момента кратность пускового момента

Двигатель включен в сеть напряжением 220/380 B, частотой f =50 Гц

Определить:

1. Число пар полюсов и номинальное скольжение двигателя, если частота питающего напряжения 50 Гц.

2. Номинальный ток двигателя.

3. Значение пускового момента.

4. Значение максимального момента и соответствующее ему скольжение .

5. Скорость вращения двигателя при М = 1,4 М _ном.

6. Можно ли запустить двигатель под нагрузкой при напряжении сети, пониженном на 15% относительно номинального, если статический момент сопротивления нагрузки равен номинальному.

7. Построить механическую характеристику двигателя.

 

Решение

1. Число пар полюсов и номинальное скольжение.

Число пар полюсов определяется по синхронной скорости. Ближайшая синхронная скорость, большая заданной номинальной скорости вращения двигателя, Тогда

Номинальное скольжение

2. Номинальный ток двигателя.

Номинальный ток двигателя определяется из выражения:

,

где

3. Значение пускового момента.

Для этого сначала определим номинальный момент двигателя () и, используя заданную кратность пускового момента, найдем .

Так как , то пусковой момент

4. Значение максимального момента в соответствующее ему скольжение.

Так как, , то максимальный момент

Скольжение получатся из выражения (87) при известных и Из решения квадратного уравнения берется значение скольжения, больше номинального. Таким образом,

5. Скорость вращения двигателя при M=1,4 M_ном.

Сначала определяем скольжение, соответствующее этому моменту, воспользовавшись формулой (87):

Поскольку М= , скольжение, соответствующее этому моменту, равно:

При расчете скольжения из двух решений квадратного уравнения принимается значение скольжения, меньшее критического.

Частота вращения при таком скольжении будет равна

6. Можно ли запустить двигатель под нагрузкой при напряжении сети, пониженном на 15 % относительно номинального, если статический момент сопротивления нагрузки равен номинальному.

При снижении напряжения сети на 15% оно составляет 0,85 от U _ном. Поскольку момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, то пусковой момент двигателя будет равен:

В результате получается, что пусковой момент двигателя меньше номинального момента, равного 480,7 Н·м, следовательно, двигатель не запустится.

7. Механическая характеристика двигателя строится по выражениям (87) и (81). Для рассчитанных значений они имеют вид:

и

Задаемся значениями скольжения и несколькими промежуточными значениями. Результаты расчета приведены в таблице 4.

Таблица 4. Результаты расчета механической характеристики АД

		0,02	0,04	0,066	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
об/мин				700,5
M, Н·м		480,7	524,4	865,6	795,7	515,0	278,0	188,1	141,8	113,7

 

Механическая характеристика изображена на рис. 46. Если учесть значение пускового момента, рассчитанного в п. 3 то реальная характеристика отличается от характеристики, рассчитанной по приближенной формуле (87). Реальная характеристика показана на рис. 46 пунктиром.

Рис. 46. Механическая характеристика двигателя

 

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ(СМ)