Электрические двигатели и генераторы

Электротехника
Электрические машины и трансформаторы
Определение фазных и линейных токов приемников
Электрическая машина
Принцип действия асинхронного двигателя
Трансформаторы

Векторная диаграмма трансформатора

Переходные процессы в трансформаторах
Трансформаторные устройства специального назначения
Холостой ход трансформатора
Опыт короткого замыкания
Трехобмоточный трансформатор
Измерительные трансформаторы.
Электрические двигатели и генераторы
Асинхронный генератор
Параметры асинхронной машины 
Регулирование скорости вращения

Однофазные асинхронные двигатели.

Асинхронный преобразователь частоты 
Генераторы переменного тока
Трехфазный синхронный генератор
Несимметричная нагрузка трехфазного генератора
Однофазный синхронный генератор
Синхронный двигатель 
Синхронные машины заводов Советского Союза
Машины постоянного тока – генераторы и двигатели
Генератор с параллельным возбуждением
Электромашинные усилители
Электромашинные преобразователи тока
 

Асинхронный генератор и его векторная диаграмма

Работу асинхронной машины генератором (при s < 0) мы также можем привести к работе некоторого условного трансформатора.

Обратимся сначала к рис. 3-37, где приведена диаграмма пространственных векторов н.с. обмоток статора и ротора при работе машины генератором.

Рис. 3-37. Пространственная диаграмма н.с. асинхронного генератора ().

Здесь, так же как и для двигателя, принято, что в рассматриваемый момент времени пространственный вектор индукции , вращающийся с угловой частотой ω1 относительно статора, направлен по горизонтали.

На рис 3-37 показаны фазы статора и ротора, в которых наводятся максимальные э.д.с.  и . Их направления найдены с учетом перемещения проводников фаз относительно поля. При ω1 < ω2 проводники фазы ротора перемещаются относительно поля в направлении, обратном перемещению относительно поля проводников фазы статора (рис. 3-38). Поэтому э.д.с. E1м и E2sм имеют взаимно противоположные направления.

Рис. 3-38. К определению направлений э.д.с. статорной и роторной

обмоток при s < 0.

Если бы ток  совпадал по фазе с э.д.с. , то вектор  совпадал бы с осью катушки 1 ротора, имеющей максимальную э.д.с. . Но вследствие наличия в роторной цепи индуктивного сопротивления x2s ток  отстает по фазе относительно  на угол ψ2. Поэтому максимальный ток I2м будет иметь место в катушке 2, где э.д.с. была максимальной ранее на промежуток времени, соответствующий углу ψ2. Следовательно, в действительности (при ψ2 > 0) вектор  будет совпадать с осью катушки 2. При ψ2 > 0 (при отстающем от э.д.с. токе) н.с.  смещается в сторону, противоположную вращению н.с. относительно ротора, но по отношению к статору она смещается в сторону вращения поля.

Намагничивающую силу статора , найдем, исходя из равенства . Отсюда найдем ту фазу статора, ток которой в данный момент времени имеет максимальное значение (рис. 3-37).

Если допустить, что  и x2s = 0, то мы получили бы совпадение по фазе  и ; максимальный ток  был бы в той же катушке, в которой наводится максимальная .э.д.с. . В действительности  > 0 и x2s > 0, поэтому  и  сдвинуты по фазе, но на угол, меньший ( опережает  на угол ψ1 < ); следовательно, мощность  – положительна, так же как для вторичной обмотки трансформатора. Тем самым подтверждается, что при s<0 машина работает генератором.

Асинхронный генератор и его векторная диаграмма

Переходя от вращающейся машины, работающей генератором, к неподвижной машине, работающей трансформатором (рис. 3-34), мы должны иметь н.с. обмоток, равными по амплитуде F2 и F1 и сдвинутыми по фазе (во времени) так же, как они сдвинуты в пространстве при работе машины генератором.

Следовательно, согласно уравнениям (3-98) векторная диаграмма трансформатора, эквивалентного асинхронному генератору, будет иметь вид, представленный на рис. 3-39 (здесь также показаны векторы э.д.с. и падений напряжения цепи вращающегося ротора при s < 0).

Рис. 3-39. Векторная диаграмма асинхронного генератора (приведенного к работе трансформатором).

При работе машины трансформатором с токами  и , показанными на рис. 3-39, мы должны считать роторную обмотку за первичную, а статорную – за вторичную. На зажимах вторичной обмотки мы будем иметь напряжение . Оно направлено против напряжения , которое было приложено к машине при ее работе двигателем. При этом мощность, отдаваемая генератором в сеть, равна m1U1I1cos1.

Мы должны считать, что к зажимам первичной обмотки извне приложено.напряжение

Мощность, подводимая к первичной (роторной) обмотке, равна:

Она является чисто активной мощностью и соответствует механической мощности ротора  при работе машины генератором со скольжением s.

Асинхронный генератор и его векторная диаграмма

Для того чтобы выяснить, какие условности принимаются в отношении  и , обратимся к рис. 3-40. Будем считать, что машина 2 работает генератором с напряжением на его зажимах .

Рис. 3-40. К рассмотрению работы машины двигателем и генератором.

Если машина 1 работает двигателем и, следовательно, потребляет активную мощность, то векторная диаграмма строится для обхода B2A2A1B1B2: для этого обхода величина  рассматривается как составляющая напряжения , уравновешивающая э.д.с. ; ток  относительно э.д.с.  при этом сдвинут на угол, больший  ( на рис. 3-35).

Если машина 1 работает генератором и, следовательно, отдает активную мощность, то векторная диаграмма строится для обхода В1А1АBВ1; здесь  – составляющая э.д.с. , равная падению

напряжения в сопротивлении А–В; при этом ток  относительно э.д.с.  сдвинут на угол, меньший  ( на рис. 3-39).

Реактивный ток, необходимый для возбуждения в асинхронной машине магнитного поля, она сама не может создавать. Он к ней должен подводиться из сети при всех режимах ее работы.

Асинхронный генератор может работать только при опережении током  э.д.с. . Такой режим при одиночной работе генератора можно создать при помощи конденсаторов. Однако в обычных случаях требуются конденсаторы большой емкости. Они получаются громоздкими и дорогими: к тому же, если их емкость постоянна, то напряжение на зажимах генератора с увеличением нагрузки резко падает, а его стабилизация встречает большие затруднения.

Асинхронный генератор иногда включается на параллельную работу с синхронным генератором, позволяющим путем изменения его тока возбуждения изменять реактивную составляющую отдаваемого им тока (§ 4-7,в). Условия работы синхронной машины при этом ухудшаются, так как она должна работать с пониженным cos φc, отдавая отстающий реактивный ток не только во внешнюю сеть, но и асинхронной машине для создания в ней магнитного поля (рис. 3-41).

Рис. 3-41. Диаграмма векторов напряжения  и токов: нагрузки , асинхронного генератора  и синхронного генератора  при их параллельной работе.

Пространственная диаграмма н.с. двигателя Как указывалось, основное поле в машине создается совместным действием н.с. обмоток статора и ротора.

Векторная диаграмма асинхронного двигателя

Вращающий момент в асинхронной машине, как отмечалось, создается в результате взаимодействия вращающегося поля и токов, наведенных им в обмотке ротора. Его значение можно найти, исходя из закона электромагнитных сил.

Максимальный момент

Электротехника