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
 

Однофазный синхронный генератор  

Однофазные синхронные машины по сравнению с трехфазными имеют ряд недостатков. К основным из них нужно отнести большие размеры и большую стоимость при одной и той же мощности. Поэтому на практике однофазные синхронные машины применяются крайне редко. В настоящее время во многих случаях, когда необходим однофазный ток, его берут от трехфазных линий.

По устройству однофазные машины отличаются от трехфазных лишь выполнением обмотки статора. В однофазных машинах обмотка занимает обычно не свыше 80% окружности статора, так как полное использование окружности статора при большей затрате меди и изоляционных материалов дает только небольшое увеличение напряжения на зажимах машины.

Действительно, если рассмотреть, например, образование однофазной обмотки из трехфазной, то при использовании 2/3 окружности (рис. 4-47,а) получим э.д.с., равную ; при использовании же всей окружности (рис. 4-47,6 и в) получим э.д.с., равную 2Е, т. е. при затрате меди и изоляционных материалов на 50% больше, чем в первом случае, увеличение э.д.с. составит лишь около 15,6%.

Рис 4-47. Образование однофазной обмотки из трехфазной.

Выясним вначале, какую мощность может давать трехфазная машина, используемая в качестве однофазной (по рис. 4-47,а), если она будет работать с тем же магнитным потоком в воздушном зазоре и с тем же током в обмотке статора, что и при работе в качестве трехфазной. Последнее условие в отношении тока можно принять для высоковольтных машин, где из-за сравнительно толстого слоя изоляции затруднена передача тепла от меди к стенкам пазов или в воздух.

В этом случае мощность однофазной машины будет равна , а мощность трехфазной машины 3EI. Следовательно, мощность однофазной машины будет составлять только  от мощности трехфазной машины.

Если допустить при работе однофазной машины те же потери в обмотке статора, что и при работе трехфазной машины, полагая, что тепло от меди хорошо передается через изоляцию стальным листам статора, то ток однофазной машины I1 может быть взят, очевидно, большим, чем ток трехфазной машины I3. Но и при этих условиях мощность однофазной машины получается меньше мощности трехфазной машины. Действительно, так как было принято, что

, то ;

следовательно, мощность однофазной машины составляет:

от мощности трехфазной машины.

Учитывая также потери в роторе, вызванные обратно вращающимся полем, мощность однофазного генератора при тех же размерах, что и для трехфазного, приходится брать не выше примерно 60% от мощности последнего.

Работа однофазного генератора, имеющего обмотку на статоре, расположенную на 2/3 его окружности, может быть исследована при помощи метода симметричных составляющих, так как его работу можно рассматривать как частный случай работы трехфазного генератора при несимметричной нагрузке, когда она присоединена только к двум зажимам.

Следует иметь в виду, что в однофазном генераторе обратная н.с. имеет большое значение, так как здесь токи обратной последовательности равны токам прямой последовательности. Поэтому, чтобы ослабить ее вредное действие, необходимо ротор машины снабдить достаточно мощной успокоительной обмоткой, выполненной из стержней большого сечения; только в этом случае можно получить удовлетворительные условия для работы однофазной машины.

При исследовании несимметричных коротких замыканий мы будем пользоваться методом симметричных составляющих. На основе этого метода можно составить уравнения напряжений и токов, которые позволят определить установившиеся токи при несимметричных коротких замыканиях, если известны э.д.с. E0 и параметры машины х1, х2, х0, причем сопротивление x1 = xd = xad + xσ.

При определении токов короткого замыкания на зажимах машины может быть использовано ненасыщенное значение xd и э.д.с. E0 по спрямленной характеристике холостого хода. Кроме того, почти всегда в практических случаях можно пренебрегать активными сопротивлениями r1, r2, r0. Для общности в уравнениях будем брать полные сопротивления: Z1 = r1 + jx1; ; .

Двухфазное короткое замыкание.

 Двухфазное короткое замыкание, называемое также двухполюсным, на практике наблюдается наиболее часто. Схема для этого случая приведена на рис. 4-48.

Рис. 4-48. Двухфазное короткое замыкание,

Токи в фазах обмотки статора будут:

.          (4-38)

Линейное напряжение

,

откуда

.          (4-39)

Так как ток в фазе а Iа = 0, то из (4-38) получим:

.          (4-40)

Ток , поэтому

,

а отсюда

.          (4-41)

Так как можно принять, что э.д.с. холостого хода  образуют симметричную звезду векторов, то уравнения напряжений, например для фазы а, напишутся в следующем виде [ср. с (4-37)]:

          (4-42)

Для остальных фаз уравнения напряжений напишутся аналогично.

Так как , то из (4-42) следует, что Uа0 = 0. Имея в виду равенство (4-39), получим уравнения для симметричных составляющих напряжения фазы а:

;

.

Отсюда

.          (4-43)

Поэтому, учитывая (4-42), можем написать:

или с учетом (4-41)

.          (4-44)

Согласно рис. 4-48 . Вместо можем написать:

или с учетом (4-41)

.

Подставляя в полученное равенство  из (4-44), получим:

.          (4-45)

  

Однофазное короткое замыкание.

 Однофазное короткое замыкание называют также условно однополюсным. Оно может получиться только при наличии нулевого провода. Схема для этого случая показана на рис. 4-49.

Рис. 4-49. Однофазное короткое замыкание.

Токи в фазах обмотки статора будут:

Для данного вида короткого замыкания имеем

.          (4-46)

Так как , то, используя уравнения (4-42), получим:

,

а отсюда с учетом (4-46)

.          (4-47)

  

Двухфазное короткое замыкание на нейтраль.

 Схема для данного вида короткого замыкания представлена на рис. 4-50.

Рис. 4-50. Двухфазное короткое замыкание на нейтраль.

Так как в данном случае , то согласно уравнениям для симметричных составляющих напряжений получим:

.          (4-48)

Ток нулевой последовательности равен одной трети тока нулевого провода:

.          (4-49)

Согласно (4-42)

.

Отсюда, учитывая (4-48) и (4-49), получим:

          (4-50)

или, если пренебречь активным сопротивлением r0,

.          (4-51)

Следовательно, измеряя напряжение свободной фазы Uа и ток нулевого провода Iк20, мы можем приближенно определить по (4-51) индуктивное сопротивление нулевой последовательности x0.

Ток Iк20 при известных Е0а и параметрах Z1, Z2, Z0 определяется следующим образом:

Согласно (4-42)

.          (4-52)

Так как ,

то

.          (4-53)

Согласно (4-50) и (4-49)

.          (4-54)

Так как согласно (4-48) , то из (4-42) получим , а отсюда

;          (4-55)

следовательно, вместо (4-53) можем написать:

.          (4-56)

Рис. 4-51. Двухфазное короткое замыкание. 

Учитывая (4-53)  (4-56), уравнение (4-52) напишем в следующем виде:

Отсюда с учетом (4-49)

.          (4-57)

Уравнения напряжений при несимметричной нагрузке

Двухфазное короткое замыкание при соединении обмотки статора треугольником

Синхронизация и включение на параллельную работу При включении на параллельную работу синхронных машин, как и в случае трансформаторов, необходимо выполнить определенные условия.

Параллельная работа генератора с сетью бесконечно большой мощности Будем считать, что машина подключена к сети очень большой мощности (теоретически бесконечно большой) и что все изменения, которые происходят в машине, не влияют на сеть: вектор напряжения сети все время остается постоянным и вращается относительно неподвижной оси времени с одной и той же равномерной угловой частотой

Электротехника