Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
doc

Студенческий документ № 040834 из МГВМИ

1. Трансформатор - статический электромагнитный аппарат, его действие основано на явлении взаимной индукции, он предназначен для

преобразования электрической энергии переменного тока с параметрами U1, I1 в энергию переменного тока с параметрами U2, I2 той же частоты.

Трансформатор (рис.) состоит из ферромагнитного магнитопровода 1, собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором

расположены две (w1, w2) обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, принято

называть первичной, а обмотку, к которой подключаются приемники, - вторичной. Все величины, относящиеся к первичной и вторичной обмоткам,

принято соответственно обозначать индексами 1 и 2.

Если первичную обмотку трансформатора с числом витков w1 включить в сеть переменного тока, то напряжение сети U1 вызовет в ней ток I1

и МДС I1w1 создаст переменный магнитный поток Ф. Переменный магнитный поток Ф создаст в обмотке w1 ЭДС Е1, а в обмотке w2 ЭДС Е2. Когда

есть нагрузка, электрическая цепь вторичной обмотки оказывается замкнутой и ЭДС Е2 вызовет в ней ток I2. Таким образом,

электрическая энергия первичной цепи с параметрами U1, I1 и частотой f будет преобразована в энергию переменного тока вторичной цепи

с параметрами U2, I2 и f.

2. Режимом холостого хода трансформатора называют режим работы при питании одной из обмоток трансформатора от источника с переменным

напряжением и при разомкнутых цепях других обмоток. Такой режим работы может быть у реального трансформатоpa, когда он подключен к сети,

а нагрузка, питаемая от его вторичной обмотки, еще не включена. По первичной обмотке трансформатора проходит ток I0, в то же время во

вторичной обмотке тока нет, так как цепь ее разомкнута. Ток I0, проходя по первичной обмотке, создает в магнитопроводе синусоидально

изменяющийся лоток Ф0, который из-за магнитных потерь отстает по фазе от тока на угол потерь ?.

Очевидно, что переменный магнитный поток Ф0 пересекает обе обмотки трансформатора. В каждой из них возникают эдс: в первичной обмотке - эдс самоиндукции Е1, во вторичной обмотке - эдс взаимоиндукции Е2. Действующие значения этих эдс зависят от числа витков в обмотках, магнитного потока Ф0 и частоты его изменения f. Величины эдс определяют по формулам:

Е1 = 4,44f?1Ф0 макс10-8В,

Е2 = 4,44f?2Ф2 макс10-8В,

где ?1 и ?2 - числа витков в обмотках;

f - частота, Гц;

Ф0 макс - максимальное значение магнитного потока, Вб.

Разделив Е1 на Е2, получим

Е1 / Е2 = ?1 / ?2.

Это соотношение характеризует одно из основных свойств трансформатора: эдс в обмотках трансформатора пропорциональны количеству витков.

3. Опыт холостого хода (рис. 11.4, а) используют для определения коэффициента трансформации. При этом обмотку низшего напряжения подключают

к устройству (потенциал - регулятор), позволяющему в широких пределах изменять напряжение, подводимое к трансформатору, а обмотку высшего

напряжения размыкают.

С целью определения коэффициента трансформации к обмотке низшего напряжения достаточно подвести напряжение 0,1 UH для трансформаторов

малой мощности и (0,33...0,5) UH для трансформаторов большой мощности. Падение напряжения в первичной обмотке весьма мало. С допустимой

точностью можно принять, что E1 = U1 и Е2 = U2, так как ток во вторичной обмотке практически равен нулю.

Из опыта холостого хода трансформатора определяют также зависимости тока холостого хода Ix, потребляемой мощности Рх и коэффициента

мощности cos? от значения подводимого напряжения U1, при разомкнутой вторичной обмотке, то есть при I2 = 0. Ток холостого хода силовых

трансформаторов составляет от 10 (для маломощных трансформаторов) до 2% (для мощных трансформаторов) номинального.

При снятии характеристик холостого хода подводимое напряжение изменяют в пределах от 0,6 до 1,2 UH таким образом, чтобы получить 6...7

показаний. На рисунке 11.4,6 дан примерный вид характеристик холостого хода.

Мощность холостого хода характеризует электрическую энергию, расходуемую в самом трансформаторе, так как со вторичной обмотки энергию

при этом не потребляют. Энергия в трансформаторе расходуется на нагрев обмоток проходящим по ним током и нагрев стали сердечника

(вихревые токи и гистерезис). Потери на нагрев обмоток (потери в обмотках) при холостом ходе ничтожно малы. Практически можно считать,

что все потери холостого хода сосредоточены в стали сердечника и идут на его нагрев.

Коэффициент мощности трансформатора определяют по формуле

. Px

cos? = ------. (11.3)

. 3Ux.фIk

где Рх - полная мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе (сумма показаний двух ваттметров, приведенных на рисунке

11.4, а); Uх.ф и Ix - средние значения фазных напряжения и тока.

Опыт короткого замыкания проводят по схеме, изображенной на рисунке 11.5, а. К обмотке низшего напряжения подводят напряжение,

при котором в обмотке высшего напряжения, замкнутой накоротко, протекает номинальный ток. Это напряжение называют напряжением короткого

замыкания еk%;его значение приводят в паспорте трансформатора в процентах номинального.

Так как в этом опыте из-за малого напряжения, подведенного к обмотке низшего напряжения, магнитный поток в сердечнике весьма

незначителен и сердечник не нагревается, то считают, что вся потребляемая трансформатором при опыте короткого замыкания мощность

затрачивается на электрические потери в проводниках обмоток. Характеристики короткого замыкания (рис. 11.5,6) представляют собой

зависимости потребляемого тока Ik мощности Pk и коэффициента мощности cos?, от подведенного напряжения при замкнутой вторичной обмотке.

Значение подводимого напряжения находится в пределах 5...10% номинального. Коэффициент мощности определяют так:

. Pk

cos?k = ------. (11.4)

. 3Ux.фIk

Сумма показаний ваттметров дает значение потерь в трансформаторе, которые вызывают нагрев обмоток. Мощность, показываемая ваттметром,

Pk = Pm1 + Pm2 = 3I12 + 3I22R2,

где R1 и R2-сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Напряжение короткого замыкания, при котором во вторичной обмотке протекает ток, равный номинальному, выражают в процентах номинального:

. Uk.ф

ek% = ----100. (11.6)

. Uн.ф

Напряжение короткого замыкания - важная характеристика трансформатора. По этой величине делают вывод о возможности параллельной

работы трансформаторов, по ней и ее составляющим определяют изменения вторичного напряжения трансформатора при изменении нагрузки.

Используя эту величину, находят токи короткого замыкания в условиях эксплуатации.

4.Зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от тока нагрузки U2 = f(I2) при U1 = const и cos ?2 = const называется внешней характеристикой. Из уравнения (8.15) для упрощенной схемы замещения трансформатора следует, что с изменением тока во вторичной обмотке (тока нагрузки I2) напряжение на вторичной обмотке изменяется. Значение напряжения на вторичной обмотке определяется не падением напряжения, а потерей напряжения в обмотках. Потеря напряжения есть арифметическая разность между первичным и приведенным вторичным напряжением:

?U'2 = U1 - U'2.

При отсутствии нагрузки (I2 = 0) напряжение на вторичной обмотке U'2 = U'20 = U1, а поскольку напряжение U1 не зависит от нагрузки, то ?U'2 есть изменение напряжения U'2 по сравнению с его значением при холостом ходе U'20, или

?U'2 = U'20 - U'2; ?U2 = U20 - U2,

откуда U2 = U20 - ?U2.

Потеря напряжения определяется из векторной диаграммы упрощенной схемы замещения трансформатора (рис. 8.14):

?U'2 - U1 - U'2 = OB' -ОА ? ОВ -ОА = АВ;

?U'2 =I1rк cos ?2 + I1xк sin ?2 = I1(rк cos ?2 + xк sin ?2);

(8.16) ?U2 = ?U'2/n.

Рис 8.14 Векторная диаграмма (а) упрощенной схемы замещения (б) трансформатора Рис 8.15 Внешние характеристики трансформаторов средней и большой мощности Рис. 8.16 Внешние характеристики трансформатора малой мощности На рис. 8.15 изображены внешние характеристики трансформатора при различных значениях коэффициента мощности потребителей. Изменение напряжения U2 во многом зависит, как это видно из выражения (8.16), не только от значений zк, cos ?2, но и от соотношения значений rк и хк. Изображенные внешние характеристики (рис. 8.15) справедливы для трансформаторов средней и большой мощности, у которых zк мало и хк > rк . У трансформаторов малой мощности zк относительно велико и rк > хк . Поэтому изменение напряжения у них более значительное и взаимное расположение внешних характеристик при различных значениях коэффициента мощности потребителей существенно отличается от трансформаторов большой мощности. Примерные внешние характеристики трансформаторов малой мощности при различных значениях cos ?2 изображены на рис. 8.16.

Под рабочими характеристиками трансформатора понимаются зависимости напряжения U2, потребляемого тока I1, КПД ?, коэффициента мощности cos? и других величин от нагрузки (полезной мощности P2 или вторичного тока I2) при постоянных значениях входного напряжения и частоты U1, f. Выходное напряжение трансформатора зависит не только от величины, но и от характера нагрузки: при активной и индуктивной нагрузке напряжения U2 уменьшается, а при емкостной нагрузке увеличивается.

5.Классификация по назначению.

Электрические машины по назначению подразделяют на следующие виды:

электромашинные генераторы*, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Их устанавливают на электрических станциях и различных транспортных установках: автомобилях, самолетах, тепловозах, кораблях,

передвижных электростанциях и др. На электростанциях они приводятся во вращение с помощью мощных паровых и гидравлических турбин,

а на транспортных установках - от двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. В ряде случаев генераторы используют в качестве

источников питания в установках связи, устройствах автоматики, измерительной техники и пр.;

электрические двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую; они приводят во вращение различные машины,

механизмы и устройства, применяемые в промышленности, сельском хозяйстве, связи, на транспорте, в военном деле и быту.

В современных системах автоматического управления их используют в качестве исполнительных, регулирующих и программирующих органов;

электромашинные преобразователи, преобразующие переменный ток в постоянный и, наоборот, изменяющие величину напряжения переменного

и постоянного тока, частоту, число фаз и др. Их широко используют в промышленности, на транспорте и в военном деле, хотя в последнее

десятилетие роль электромашинных преобразователей существенно уменьшилась вследствие применения статических полупроводниковых

преобразователей;

электромашинные компенсаторы, осуществляющие генерирование реактивной мощности в электрических установках для улучшения энергетических

показателей источников и приемников электрической энергии;

электромашинные усилители, используемые для управления объектами относительно большой мощности посредством электрических сигналов

малой мощности, подаваемых на их обмотки возбуждения (управления). Роль электромашинных усилителей в последнее время также уменьшилась

из-за широкого применения усилителей, выполненных на полупроводниковых элементах (транзисторах, тиристорах);

электромеханические преобразователи сигналов, генерирующие, преобразующие и усиливающие различные сигналы. Их выполняют обычно в виде

электрических микромашин и широко используют в системах автоматического регулирования, измерительных и счетно-решающих устройствах

в качестве различных датчиков, дифференцирующих и интегрирующих элементов, сравнивающих и регулирующих органов и др.

Классификация по роду тока и принципу действия.

Электрические машины по роду тока делят на машины переменного и постоянного тока. Машины переменного тока в зависимости от принципа

действия и особенностей электромагнитной системы подразделяют на трансформаторы, асинхронные, синхронные и коллекторные машины.

Трансформаторы широко применяют для преобразования напряжения: в системах передачи и распределения электрической энергии,

в выпрямительных установках, устройствах связи, автоматики и вычислительной техники, а также при электрических измерениях

(измерительные трансформаторы) и функциональных преобразованиях (вращающиеся трансформаторы).

Асинхронные машины используют главным образом в качестве электрических двигателей трехфазного тока. Простота устройства и высокая

надежность позволяют применять их в различных отраслях техники для привода станков, грузоподъемных и землеройных машин, компрессоров,

вентиляторов и пр. В системах автоматического регулирования широко используют одно- и двухфазные управляемые асинхронные двигатели,

асинхронные тахогенераторы, а также сельсины.

Синхронные машины применяют в качестве генераторов переменного тока промышленной частоты на электрических станциях и генераторов

повышенной частоты в автономных источниках питания (на кораблях, самолетах и т. п.). В электрических приводах большой мощности

применяют также синхронные электродвигатели. В устройствах автоматики широко используют различные синхронные машины малой мощности

(реактивные, с постоянными магнитами, гистерезисные, шаговые, индукторные и пр.).

Коллекторные машины переменного тока используют сравнительно редко и главным образом в качестве электродвигателей.

Они имеют сложную конструкцию и требуют тщательного ухода. В устройствах автоматики, а также в различного рода электробытовых приборах

применяют универсальные коллекторные двигатели, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.

Машины постоянного тока применяют в качестве генераторов и электродвигателей в устройствах электропривода, требующих регулирования

частоты вращения в широких пределах: железнодорожный и морской транспорт, прокатные станы, электротрансмиссии большегрузных автомобилей,

грузоподъемные и землеройные машины, сложные металлообрабатывающие станки и пр., а также в тех случаях, когда источниками электрической

энергии для питания электродвигателей служат аккумуляторные батареи (стартерные двигатели, двигатели подводных лодок, космических

кораблей и т. п.).

Генераторы постоянного тока часто применяют для питания устройств связи, зарядки аккумуляторных батарей, в качестве основных источников

питания на транспортных установках (автомобилях, самолетах, тепловозах, пассажирских вагонах). Однако в последнее время генераторы

постоянного тока заменяются генераторами переменного тока, работающими совместно с полупроводниковыми выпрямителями.

В системах автоматического регулирования машины постоянного тока широко используют в качестве электромашинных усилителей, исполнительных

двигателей и тахогенераторов.

В зависимости от назначения электрические микромашины автоматических устройств подразделяются на следующие группы:

силовые микродвигатели, приводящие во вращение различные механизмы автоматических устройств, самопишущих приборов и пр.;

управляемые (исполнительные) двигатели, преобразующие подводимый к ним электрический сигнал в механическое перемещение вала, т. е.

отрабатывающие определенные команды;

тахогенераторы, преобразующие механическое вращение вала в электрический сигнал - напряжение, пропорциональное частоте вращения вала;

вращающиеся трансформаторы, дающие на выходе напряжение, пропорциональное той или иной функции угла поворота ротора, например синусу

или косинусу этого угла или самому углу;

машины синхронной связи (сельсины, магнесины), осуществляющие синхронный и синфазный поворот или вращениенескольких

механически не связанных между собой осей;

микромашины гироскопических приборов (гироскопические двигатели, датчики угла, датчики момента), осуществляющие вращение роторов

гироскопов с высокой частотой и коррекцию их положения;

электромашинные преобразователи и усилители.

Электрические микромашины первых двух групп часто называют силовыми, а третьей - пятой групп - информационными.

Классификация по мощности. Электрические машины по мощности условно подразделяют на микромашины, машины малой, средней и большой мощности.

Микромашины имеют мощность от долей ватта до 500 Вт. Эти машины работают как на постоянном, так и на переменном токе нормальной и

повышенной (400 - 2000 Гц) частоты.

Машины малой мощности - от 0,5 до 10 кВт. Они работают как на постоянном, так и на переменном токе нормальной или повышенной частоты.

Машины средней мощности - от 10 кВт до нескольких сотен киловатт *.

Машины большой мощности - свыше нескольких сотен киловатт. Машины большой и средней мощности обычно предназначают для работы на

постоянном или переменном токе нормальной частоты**.

Классификация по частоте вращения. Электрические машины по частоте вращения условно подразделяют на: тихоходные -

с частотами вращения до 300 об/мин; средней быстроходности - 300-1500 об/мин; быстроходные - 1500 - 6000 об/мин;

сверхбыстроходные - свыше 6000 об/мин. Микромашины выполняют для частот вращения от нескольких оборотов в минуту до 60000 об/мин;

машины большой и средней мощности - обычно до 3000 об/мин.

* В трансформаторе имеются только тепловые (электрические) потери в проводах" обмоток и в стали магнитопровода.

Для уменьшения потерь в стали существуют два пути. Первый путь - снижение величины магнитного потока Фо (или индукции В). Его использовать невыгодно, так как для создания тех же ЭДС потребовалось бы увеличить число витков в обмотках, т. е. расходовать дополнительные материалы. Следовательно, правильнее использовать второй путь -не уменьшать величину магнитного потока, а применять такие специальные стали, которые бы имели повышенное сопротивление (для уменьшения вихревых токов) и пониженные потери на перемагничивание. Большое значение имеет выполнение магнитопроводов из тонких изолированных пластин стали, что резко уменьшает потери от вихревых токов.

+Смотри тетрадь

* А) Первое условие заключается в том, что все включаемые параллельно трансформаторы должны иметь одинаковый коэффициент трансформации. Другими словами, первичные и вторичные обмотки должны быть рассчитаны на одинаковые напряжения.

Б)Третье условие параллельной работы заключается в том, чтобы все предназначенные для нее трансформаторы имели одинаковые группы соединения.

В)Второе условие параллельной работы заключается в том, чтобы все включенные параллельно трансформаторы имели одинаковые напряжения короткого замыкания ик.

Можно доказать, что общая нагрузка в таком случае распределяется между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям и обратно пропорционально их напряжениям короткого замыкания.(

.

8. В некоторых случаях применяют трансформаторы, у которых вторичная обмотка является частью первичной. Такие трансформаторы называют автотрансформаторами. Вид т. в котором помимо магнитной связи между обмотками имеется и электрическая.

I1=I2 I12-->0

Расчетная мощность

Мощность Si - мощность одной фазы, равную I\Ui (Ui - фазное напряжение), называют проходной (транзитной) мощностью автотрансформатора. Проходная мощность автотрансформатора показывает, на какую мощность пришлось бы изготовить обычный трансформатор, чтобы он мог заменить данный автотрансформатор.

Вторичная мощность одной фазы равна:

где U2 - фазное напряжение.

Как видим, вторичная мощность автотрансформатора состоит из двух частей: мощности U2I\\ называемой электрической, и мощности и212, называемой электромагнитной.

Приходная мощность Sпр=U2I2

Автотрансформатор:

* меньший расход активных материалов ( медь и электротехническая сталь)

* КПД (99,7%)

* меньший размер и стоимость

Чем больше Sэ и чем меньше Sпр тем больше указанные преимущества

Sэ= U2I1=U2I2/KA=Sпр/KA KA=1-->SЭ=Sпр

Силовые а.т. Применяют в ЛЭП и для связи сети смежных напряжений (110 и 220),в электроприводах переменного тока для снижения пускового тока, для регулировки работы электрометаллургических печей.

9. См тетрадь

10. Формула ЭДС машины. При вращении обмотки якоря в магнитном поле полюсов в проводниках обмотки, как указывалось, наводится ЭДС:

Среднее значение этой ЭДС за половину периода

, где - среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре, определяемое по кривой (рис. 1.7); - магнитный поток одного полюса; и определены ранее. ЭДС машины, как было показано, равна ЭДС одной параллельной ветви, поэтому, если обмотка якоря имеет N проводников, ее ЭДС

, где - число параллельных ветвей.

Учитывая, что

, где - диаметр якоря; - частота вращения якоря, об/мин; - число полюсов, получаем:

и окончательно

. (1.1) Таким образом, ЭДС обмотки якоря пропорциональна частоте вращения якоря и магнитному потоку главных полюсов машины.

Постоянная для данной машины величина называется конструктивным коэффициентом ЭДС.

Формула электромагнитного момента машины. При протекании тока по обмотке якоря сила взаимодействия тока в проводнике с магнитным полем определяется по закону Ампера выражением

Среднее значение этой силы за время прохождения проводника через зону одного полюса

, где - ток в проводнике, равный току одной параллельной ветви.

Электромагнитный момент, создаваемый N проводниками, определяется как

. Учитывая, что

, где - ток якоря, получаем

и окончательно

. (1.2)

Таким образом, электромагнитный момент пропорционален току якоря и магнитному потоку. Постоянная для данной машины величина называется конструктивным коэффициентом момента. Он связан с конструктивным коэффициентом ЭДС постоянным соотношением:

* P1=k1Mn -подводится

P2=UI -снимается Генератор(двигатель обратно)

В машинах постоянного тока различают следующие основные виды потерь мощности:

* Потери мощности в сопротивлениях цепи якоря: ?Ря = Iя2rя. Как видно, потери мощности ?Ря зависят от нагрузки машины. Поэтому их называют переменными потерями мощности.

* Потери мощности в стали ?Рc, вызванные главным образом вихревыми токами и перемагничиванием магнитопровода якоря при его вращении. Частично эти потери возникают из-за вихревых токов в поверхностном слое полюсных наконечников, вызванных пульсацией магнитного потока при вращении якоря.

* Механические потери мощности ?Рмех , причиной которых является трение в подшипниках, щеток о коллектор, вращающихся частей о воздух.

Очевидно, мощность Р1 может быть выражена следующим образом: Р1 = Р2 + ??P,

где ?P - сумма перечисленных выше потерь мощности.

КПД машин постоянного тока

? = P2/P1,

? = P2/(P2 + ??P). -генератор ? =P1-?P/P1 -двигатель

КПД растет с повышением мощности машины P1000 кВт ?~0,94-0,96

* Внешняя характеристика. При снятии внешней характеристики цепь возбуждения не регулируется, т. е. в генераторе независимого возбуждения ток /в поддерживается постоянным. Путем изменения сопротивления внешней цепи изменяется ток / нагрузки генератора. При увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается под влиянием двух причин: реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря (рис. 7-5).

По внешней характеристике определяется изменение напряжения генератора: повышение напряжения при снятии нагрузки и понижение при увеличении нагрузки. - Относительное изменение напряжения равно разности напряжения при холостом ходе и напряжения при номинальной нагрузке в долях номинального напряжения (7-9)

Относительное изменение напряжения зависит от сопротивления Цепи якоря и от влияния реакции якоря, в машинах без компенсационной обмотки ДС/jjj составляет 0,05-т-0,15.

Внешнюю характеристику можно построить по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику (рис. 7-6). В координатных осях U и /в строится характеристика 1 холостого хода и характеристический треугольник ABC, определенный ранее по характеристикам холостого хода и нагрузочной для номинального тока /н нагрузки. Характеристический треугольник располагается так же, как на рис. 7-4, т. е. его вертикальный катет ВС совпадает с линией установленного тока возбуждения /в1, а вершина А находится на характеристике холостого хода. Положение вершины С

определяет напряжение U на зажимах генератора при номинальной

нагрузке. Это дает возможность получить две точки внешней' характеристики 2 в координатных осях / и V для установленного тока возбуждения: напряжение U0, соответствующее холостому ходу, и напряжение Ult соответствующее номинальной нагрузке (рис. 7-6). Промежуточные точки внешней характеристики могут быть получены в предположении, что стороны характеристического треугольника изменяются пропорционально току в цепи якоря. Для половинной нагрузки строится треугольник АХВХСХ с уменьшенными в два раза сторонами. Этот треугольник располагается таким образом, чтобы катет ВхСг совпадал с линией установленного тока возбуждения /в1, а вершина находилась на характеристике холостого хода, тогда положение вершины Сх определит величину напряжения U2 для половинной нагрузки генератора. Таким же образом может быть определено напряжение и для других значений нагрузки.

Рис. 7-6. Построение внешней характеристики генератора независимого возбуждения

Г. Регулировочная характеристика. Из внешней характеристики следует, что для поддержания постоянства напряжения на зажимах генератора при уменьшении нагрузки требуется также уменьшать ток возбуждения, а при увеличении нагрузки увеличивать ток возбуждения.

На рис. 7-7 показана регулировочная характеристика, снятая при увеличении нагрузки от нуля до номинальной. В этом случае изменение тока возбуждения определяется отношением

(7-10)

Регулировочная характеристика, так же как внешняя, может быть построена по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику.

13. Рис. 7-14. Схема генератора последовательного возбуждения

Обмотка возбуждения В этого генератора включена последовательно с нагрузкой (рис. 7-14), поэтому ток возбуждения равен току нагрузки. При сохранении схемы включения обмотки якоря с обмоткой возбуждения у этого генератора может быть снята только внешняя характеристика (рис. 7-15, линия 2). В начальной части характеристики напряжение на зажимах генератора изменяется почти пропорционально току нагрузки, так как магнитный поток и э. д. с. увеличиваются пропорционально току в обмотке возбуждения. При значениях тока, близких к номинальному, напряжение остается почти постоянным и при дальнейшем увеличении тока напряжение уменьшается, так как магнитный поток вследствие насыщения не увеличивается, а реакция якоря и падение напряжения в цепи якоря продолжают расти.

Этот генератор имеет две обмотки возбуждения: параллельную Вт и последовательную Ве (рис. 7-16). Магнитный поток, соответствующий номинальному напряжению на зажимах генератора при холостом ходе, обычно создается параллельной обмоткой возбуждения. Последовательную обмотку возбуждения рассчитывают таким образом, что ее намагничивающая сила компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря при номинальной нагрузке, т. е. обеспечивает автоматическую стабилизацию напряжения в этих пределах.

14. Двигатели постоянного тока широко применяются в современном электроприводе, когда требуется плавное изменение скорости вращения и большой пусковой момент (прокатные станы; электрическая тяга, вспомогательные устройства на автомобилях и самолетах). Машины небольшой мощности общего применения могут использоваться как для работы генератором, так и двигателем.

Зависимость полезного вращающего момента от скорости вращения (механическая характеристика).

Регулирование скорости вращения якоря двигателя определяется способом изменения скорости вращения, пределами и ступенями изменения скорости вращения, экономичностью регулирования, т. е. стоимостью регулировочной аппаратуры и затратами энергии. Возможность плавного и часто весьма экономичного регулирования скорости вращения в широком диапазоне составляет одно из самых ценных свойств двигателей постоянного тока и в ряде случаев делает их незаменимыми.

Остановка якоря двигателя при отключении от сети обычно происходит под влиянием сил трения в двигателе и в соединенном с ним механизме. Для ускорения остановки в крупных двигателях применяется торможение, т. е. создание тормозного момента, направленного против вращения якоря.

n = [U / ( KE • Ф)] - [(M • Rя) / (КЕ •КМ• Ф)2] ; n=f(М)-- механическая

Электромеханической характеристикой двигателя постоянного тока называется зависимость скорости вращения от тока якоря.

Если подать напряжение на обмотку якоря при отсутствии тока на обмотке возбуждения, то магнитный поток будет равен нулю, а скорость будет стремиться к бесконечности. Такое явление называется разносом двигателя. Чтобы избежать разноса двигателя используются электродвигатели с параллельным возбуждением - двигатели, у которых обмотка возбуждения соединяется внутри машины параллельно обмотке якоря.

n = (U - Iя • Rя) / (KE • Ф); n=f( Iя)-- электромеханическая

См. тетрадь

15. ДПТ классифицируют по виду магнитной системы статора:

* с постоянными магнитами;

* с электромагнитами:

* с независимым включением обмоток (независимое возбуждение);

* с последовательным включением обмоток (последовательное возбуждение);

* с параллельным включением обмоток (параллельное возбуждение);

* со смешанным включением обмоток (смешанное возбуждение):

* с преобладанием последовательной обмотки;

* с преобладанием параллельной обмотки;

Вид подключения обмоток статора существенно влияет на тяговые и электрические характеристики электродвигателя.

См. тетрадь

В случае необходимости смены направления вращения требуется поменять местами провода либо на якоре либо на обмотке возбуждения. Для этого можно использовать различные коммутационные приборы.

16. Способы пуска.

1) прямой, при котором обмотка якоря подключается непосредственно к сети;

2) реостатный, при котором в цепь якоря включается пусковой реостат для ограничения тока;

3) путем плавного повышения питающего напряжения, которое подается на обмотку якоря.

Прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности (до нескольких сотен ватт)

Цепь якоря включается на полное напряжение.

n=0-частота вращения ; E=0

IЯК=U/RЯ ; RЯ=0,02-1,10 Ом ; IЯК=(50-10)IН ; IЯК=(4-6)IН

Реостатный пуск.

В начальный момент пуска при n = 0 ток Iяк = U/(Rя + Rп )

Максимальное сопротивление пускового реостата Rп подбирается так, чтобы для машин большой и средней мощности ток якоря при пуске

Iяк = (1,4 ? 1,8) Iн , а для машин малой мощности Iяк = (2 ? 2,5) Iн. Rп=(U/ Iяк)- Rя

Уменьшая постепенно сопротивление пускового реостата, осуществляют разгон двигателя. С увеличением частоты вращения возрастает E=Ce*n*Ф(противоЭДС)

Пуск путем плавного повышения питающего напряжения.

При реостатном пуске возникают довольно значительные потери энергии в пусковом реостате. Этот недостаток можно устранить, если пуск двигателя осуществить путем плавного повышения напряжения, подаваемого на его обмотку. Однако для этого необходимо иметь отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель). Такой источник используют также для регулирования частоты вращения двигателя.

17. n = (U - Iя • Rя) / (KE • Ф)

Изменение магнитного потока.

Чтобы изменить магнитный поток, необходимо регулировать ток возбуждения двигателя.

С уменьшением магнитного потока частота вращения при холостом ходе возрастает.

Изменение сопротивления якорной цепи.

Регулирование частоты вращения двигателя путем изменения напряжения на зажимах якоря обычно ведут "вниз", т.е. уменьшают напряжение и частоту вращения по сравнению с номинальными.

Изменение потока возбуждения.

Магнитный поток можно только уменьшать в сравнении с номинальным. (Ф)

18.Система Г-Д (генератор-двигатель).

Система "Г-Д"в которой исполнительный электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения питается от генератора тока также независимого возбуждения. "Г.-д." с. применяется главным образом для электроприводов, работающих в напряжённом режиме с частым включением, с широким регулированием скорости или с особыми требованиями к регулированию скорости, момента и др. характеристик электропривода.

19.Генераторный режим с отдачей энергии в сеть.

Двигатель под действием внешнего момента либо запаса кинетической энергии вращается с частотой, большей частоты вращения холостого хода (n > n0), в том же направлении, в котором он должен был бы вращаться при данной схеме его включения в двигательном режиме (или вхолостую). E>U, I . Рекупирация энергии. См. тетрадь график

Режим противовключения.

Возникает в работающем двигатели когда направление тока якоря или тока возб. переключ. на противоположное. Момент меняет знак и становится тормозным.

Режим динамического торможения. Режим динамического торможения возникает при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор, называемый резистором динамического торможения. (в тетради схема)

20. Принцип действия

На обмотку статора подается переменное напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая, складываясь по окружности, создает вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться.

Скольжение асинхронного двигателя - относительная разность скоростей вращения ротора и магнитного потока, создаваемого обмотками статора двигателя переменного тока. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

n- синхронная частота, n1- асинхронная частота, S- скольжение.

S=2-8% , , f=50 Гц, n1 =3000/р

р=1 > n1=3000 об/мин, р=2 > n1=1500 об/мин

р - число пар полюсов обмотки статора

График в тетради.

21. P1 P1=P2+ дP

P2 дP= дPЭ+ дPМ+ дPМЕХ

дР

Электрические потери пропорциональны скольжению. Магнитные и механические потери от нагрузки не зависят. дРМ.РОТ. =0; ? =Р2 / Р2+дР ; ? =0,75-0,95

22.Скольжение меняется от 1 до номинала.

Вращающий момент должен быть больше момента сопротивления (Мп>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.

Прямой пуск.

Получается самый макс. ток, но по мере разгона скольжение и ток уменьшается.

При прямом пуске кратность пускового тока kI = IП / IНОМ = ( 5,...,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.

Кратность пускового момента КП= МП/ МНОМ = (1.0,...,1.8) .

Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться. С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места. В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (P<50 кВт)

Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

Улучшение пусковых свойств асинхронных двигателей достигается использованием эффекта вытеснения тока в роторе за счет специальной конструкции беличьей клетки.

Пуск переключением обмотки статора.

Если при нормальной работе двигателя фазы статора соединены в треугольник, то, при пуске первоначально они соединяются в звезду.

Пуск при включении добавочных резисторов в цепь статора.

Пуск двигателя с фазным ротором.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора.

Фазный ротор позволяет пускать в ход асинхронные двигатели большой мощности при ограниченном пусковом токе. Однако этот способ пуска связан со значительными потерями в пусковом реостате. Кроме того, двигатель с фазным ротором дороже двигателя с короткозамкнутым ротором. Поэтому двигатель с фазным ротором применяется лишь при больших мощностях и высоких требованиях к приводу.

23.Частота вращения асинхронного двигателя n = n1 (1 - s) = 60f1(1-S)/P ; n1=60f1/P

Изменяя частоту f1 питающего напряжения, число пар полюсов р и скольжение s (только А.Д. с фазным ротором (доп. Потери))

24.Синхронный двигатель.

Обратим. Статоры одинаковы с асинхронными машинами. На роторе обмотка постоянного тока. Ротор вращается с постоянной скоростью = частоте сети.

Благодаря взаимодействию вращающегося магнитного полясозданного трехфазной обмоткой якоря, и поля, созданного обмоткой возбуждения, возникает электромагнитный момент М приводящий ротор во вращение. Однако в синхронном двигателе в отличие от асинхронного ротор будет разгоняться до частоты вращения n = n1, с которой вращается магнитное поле (до синхронной частоты вращения). Объяс-няется это тем, что ток в обмотку ротора подается от постороннего источника, а не индуцируется в нем магнитным полем статора и, следовательно, не зависит от частоты вращения вала двигателя. Характерной особенностью синхронного двигателя является постоянная частота вращения его ротора независимо от нагрузки.

Характеристика Х.Х. нелинейная (см тетрадь). Насыщение машины магнитным потоком. E0=f(IВ)

25.

26

Показать полностью… https://vk.com/doc-29732849_146553533
11 Мб, 7 января 2013 в 14:27 - Россия, Москва, МГВМИ, 2013 г., doc
Рекомендуемые документы в приложении