Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, т. е. режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент Мном, соответствующий номинальному режиму, называется. номинальным моментом. Соответствующее ему номинальное скольжение составляет для асинхронных двигателей средней мощности sH0M = 0,02...0,06, т.е. номинальная скорость nиом находится в пределах
nном=n0(1 - s0)= (0,94...0,98) п0.
Отношение максимального момента к номинальному км = = Mmах/Mном называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя. Обычно кт = 1,8.. .2,5.
При пуске в ход, т. е. при трогании с места и при разгоне, асинхронный двигатель находится в условиях, существенно отличающихся от условий нормальной работы. Момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разгоняться. Таким образом, с точки зрения пуска двигателя важную роль играет его пусковой момент.
Отношение пускового момента Мп развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, т. е. при n = 0, к номинальному моменту kп= Мп/Мном называется кратностью пускового момента.
Максимальный момент Мтах называется критическим моментом асинхронной машины. Работа машины с моментом, превышающим номинальный, возможна лишь кратковременно, в противном случае срок службы машины сокращается из-за ее перегрева.
В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока с токами, индуктированными им в проводниках роторной обмотки, возникают силы, действующие на эти проводники в тангенциальном направлении. Найдем значение момента, создаваемого этими силами на валу машины.
Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, ровна:
где Мэм - электромагнитный момент действующий на ротор.
В соответствии со схемой замещения одной фазы машины:
Из этих выражений найдем:
Учитывая действующий ток ротора, ЭДС, индуктивное сопротивление получим:
Введем постоянную и пренебрегая моментом трения, представим выражение момента на валу в виде:
Если магнитный поток Ф выражен в веберах, ток I2— в амперах, то вращающий момент получится в ньютон-метрах (Нм).
Вращающий момент машины зависит от изменяющихся при нагрузке ф, I2и , но его можно представить в виде функции однойпеременной. В качестве такой переменной для асинхронного двигателя наиболее удобно выбрать скольжениеs.
Согласно ранее изученным формулам:
Тогда
Полагая, что частота сети неизменна введем
Получим следующее выражение для вращающего момента:
42. Энергетическая диаграмма АД.В электрической машине часть энергии теряется в виде тепла в различных частях - потери в обмотках, в стали, механические потери.
На диаграмме: Р1 - мощность, подводимая из сети. Основная часть её за вычетом потерь в статоре, передаётся электромагнитным путём на ротор через зазор; Рэм называется электромагнитной мощностью.
Потери в статоре складываются из потерь в обмотке и в стали:
Рис. 42. Энергетическая диаграмма АД.
рс1 и рс2. рс1 теряется на вихревые токи и перемагничивание сердечника. Потери в стали имеются и в сердечнике ротора, но они невелики и их можно не учитывать, т.к. n0 во много раз больше скорости магнитного потока относительно ротора n0 - n, если n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.
Механическая мощность, развиваемая на валу ротора, меньше Рэм на значение роб2потерь в обмотке ротораРмх = Рэм - роб2 Мощность на валу Р2 = Рмх - рмх , где рмх - мощность механических потерь, равная сумме потерь на трение в подшипниках, на трение о воздух и трение щеток о кольца.
Электромагнитная и механическая Р равныРэм = ω0М, Рмх = ωМ, где ω0 и ω - скорости синхронная и ротора, М - момент, развиваемый двигателей, т.е. момент, с которым вращающееся поле действует на ротор.
Добавочные потери обусловлены зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных узлах и другими причинами. При полной нагрузке потери Рд принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.
К.п.д. двигателя: h = P2/P1 = [P1 - (роб + рс + рмх + рд )] / Р1 .
Т.к. общие потери зависят от нагрузки, то и КПД является функцией нагрузки. Машина конструируется так, чтобы максимум ее коэффициента полезного действия h имел место при нагрузке, несколько меньше номинальной. Для большинства двигателей к.п.д. равен 80-90%, а для мощных двигателей 90-96%.
43. Устройство синхронного двигателя. Схема замещения, уравнения энергетического состояния фазы обмотки статора, векторная диаграмма синхронного дв.Основными частями статора являются неподвижный пакет магнитопровода и трехфазная обмотка. Пакет магнитопровода изготовлен в виде полого цилиндра, набранного, так же как и магнитопровод трансформатора, из тонких листов электротехнической стали. Листы имеют форму колец с пазами, симметрично расположенными вдоль внутренней окружности. В пазы пакета статора уложены стороны многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки. Пакет статора с обмоткой запрессован в алюминиевый или чугунный корпус-оболочку, неподвижно закрепляемый при установке машины на фундаментной плите. С корпусом прочно соединены два боковых литых щита со сквозными центральными отверстиями для подшипников, в которых вращается вал ротора.
Начала и концы фаз обмотки статора присоединены к зажимам, расположенным в коробке выводов, укрепленной на корпусе. Большинство машин имеет коробку выводов с шестью зажимами, что позволяет соединять фазы обмотки треугольником или звездой.
Применяются два типа роторов синхронных машин — неявнопо-люсный, или с неявно выраженными полюсами, и ротор явнополюс-ный, или с явно выраженными полюсами. В первом случае сердечник ротора представляет массивное цилиндрическое тело из стали (бочка ротора), вдоль его поверхности выфрезерованы пазы, в которых закладывается обмотка возбуждения. Пазы и обмотка возбуждения размещаются так, чтобы получить по возможности синусоидальное распределение индукции в зазоре между сердечниками ротора и статора. Общий вид неявнополюсного ротора показан на рис.
Явнополюсный ротор состоит из массивного стального колеса, посаженного на вал. К его ободу по внешней поверхности крепятся стальные сердечники полюсов. Последние, а иногда и обод выполняются из листовой стали. Для малых машин и при не слишком большом числе полюсов вместо колеса на вал насаживается стальная втулка, к которой крепятся полюса. Обмотка возбуждения в виде катушек размещается на сердечниках полюсов. Такая конструкция ротора позволяет разместить на нем большое число полюсов, что необходимо для машин с небольшой скоростью вращения.
44. Регулирование реактивной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением тока возбуждения Iв
1) Номинальный режим Iв= Iв ном. cosφ=1.
2) Iв< Iв ном cos φ<1
реактивная составляющая увеличивается, носит индуктивный характер-режим работы АСД
3) Iв> Iв ном cos φ<1
ток якоря увеличивается ,Емкостной характер
При этом способе реактивная мощность отдается в сеть ,что является большим плюсом.
Изменяя ток возбуждения меняем ток якоря.
45. Регулирование активной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением угла согласования. При увеличении нагрузки угол увеличивается, при уменьшении- уменьшается. Угол рассогласования определяет перегрузочную способность двигателя.
Отношение максимального момента к номинальному:
46. Устройство, принцип действия двигателя постоянного тока. Способы возбуждения. ЭДС обмотки якоря и электромагнитный моментУстройство и принцип действия двигателя постоянного тока Двигатель постоянного тока состоит из неподвижной части -статора и вращающейся части - якоря, разделенных воздушным зазором. К внутренней поверхности статора крепятся главные в добавочные полюсы. Главные полюсы с обмотками возбуждения служат для создания в машине основного магнитного потока Ф, а добавочные - для уменьшение искрения.
Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Коллектор содержит изолированные друг от друга медные пластины, которые соединяются с секциями обмотки якоря. На коллектор накладываются неподвижные щётки; соединяющие обмотку якоря с внешней электрической цепью. В результата взаимодействия тока якоря Iя И магнитного потока Ф создается вращающий момент, М=СмФIя , где См- постоянная момента, зависящая от конструктивных данных машины. Вращающий момент М, двигателя уравновешивается моментом сопротивления Мс рабочей машины. При вращении якоря с частотой n его обмотка пересекает магнитный поток Ф и в ней, согласно закону электромагнитной индукции, наводится противо-ЭДС E =СеФп , где Се _ конструктивная постоянная.
Напряжение на эажимаx якоря U равно сумме ЭДС и падения напряжения на сопротивлении якорной цепи U=E +RяIя=CеФn, откуда ток якоря Iя=(U-CеФn)/Rя, а частота вращения n=(U- RяIя)/ CеФ/
В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока бывают:
| а) б) в) г) |
Рис. 50. Возбуждение генератора: а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное.
При независимом возбуждении ОВ питается от постороннего источника. Применяется в случаях, когда необходимо в широких пределах регулировать ток возбуждения Iв и напряжение U на зажимах машины. Ток якоря равен току нагрузки Iя = Iн (рис. 50, а)
Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора.
При включении ОВ параллельно с обмоткой якоря имеем генератор с параллельным возбуждением (рис. 50, б), у которого Iя = Iн + Iв. У мощных машин нормального исполнения Iв обычно составляет 1-3%, а у малых машин - до нескольких десятков % от тока якоря. У генератора с последовательным возбуждением (рис. 50, в) ОВП включён последовательно с якорем, т.е.
Iя = Iн = Iв.
Генераторы со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения, ОВ включёна параллельно якорю, а другая ОВП - последователь но (рис. 50, г). Основной обычно является ОВ. ОВП подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки, чем компенсируется падение напряжения U в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.
47. Нагрузочный режим двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Механическая характеристика.Подадим на зажимы неподвижного якоря напряжение. Напряжение вызовет ток в цепи якоря. При этом возникает электромагнитным момент. Этот момент начнёт вращать якорь, совершая механическую работу. Машина начнет работать в режиме электродвигателя. Чтобы преодолеть сопротивление механической нагрузки на валу, электродвигателя должен потреблять энергию из внешнего источника.
48. Способы пуска двигателя постоянного тока.Нормальная машина постоянного тока имеет цилиндрический ротор с обмоткой, называемый якорем, который вращается в неподвижном магнитном поле. В витках 1-3 и 2-4 обмотки якоря индуктируются переменные ЭДС и для получения постоянного направления тока i в сопротивлении нагрузки r, применяется коллектор К, состоящий из медных изолированных друг от друга пластин, образующих цилиндр, по которому скользят щетки а - B. Наличие коллектора, к пластинам которого присоединяются начала и концы витков обмотки якоря, является отличительной особенностью м. п. т. В положении на рисунке стороны 1-3 витка пересекают магнитные линии перпендикулярно, поэтому между щетками будет Емах.
Рис. 47. Схема генератора постоянного тока с двумя витками и четырьмя коллекторными пластинами.