Электрические двигатели и генераторы

Электротехника
Трехфазные цепи
Электрические машины и трансформаторы
Электрические двигатели и генераторы
Математика
Математический анализ
Предел функции
Производная и дифференциал
Неопределенный интеграл
Начертательная геометрия
Курсовая по начерталке
Прямые частного положения
Поверхности второго порядка
Пересечение многогранников
Метрические задачи
Построить проекции линии пересечения
двух плоскостей
Построить пересечение конуса и призмы
Построить собственные и падающие тени
заданных призм
 
Приведены примеры выполнения заданий
контрольной работы
Плоскость общего положения на
комплексном чертеже
Преобразование комплексного чертежа
Кривые линии на комплексном чертеже
Поверхности вращения, образованные
окружностью
Сечение поверхности плоскостью
Развёртки поверхностей
Инженерная графика
Выполнение чертежей
Графическое оформление чертежей
Шрифты чертежные
Построение и деление углов
Построение внешнего сопряжения
Общие сведения о видах проецирования
Проекции плоских фигур
Способ перемены плоскостей проекций
Теоретическая механика
Сопротивление материалов
Основные понятия и аксиомы статики
Проекция силы на ось
Условие равновесия произвольной
плоской системы сил
Момент силы относительно оси
Поступательное движение
Метод кинетостатики
Сопротивление материалов
Растяжение и сжатие
Полярный момент инерции сечения
Напряжения и деформации при кручении
Деформации при чистом изгибе
Особенность расчета валов
 

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

Векторная диаграмма асинхронного двигателя

Асинхронный генератор и его векторная диаграмма Работу асинхронной машины генератором (при s < 0) мы также можем привести к работе некоторого условного трансформатора.

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

Рассмотрим вначале вопрос об устойчивости работы трехфазного асинхронного двигателя. Напишем уравнение вращающих моментов, действующих на ротор двигателя при изменении его скорости вращения

Схемы замещения Теория асинхронной машины основана на ее аналогии с трансформатором Необходимые величины и зависимости, характеризующие работу вращающейся машины, можно получить, заменив ее неподвижной машиной, работающей как трансформатор.

Параметры асинхронной машины Параметры рассмотренных схем замещения являются в то же время параметрами асинхронной машины. Они могут быть определены расчетным или опытным путем.

Круговая диаграмма асинхронной машины представляет собой геометрическое место концов вектора тока , изменяющегося при изменении скольжения s в пределах от + ∞ до -∞, если при этом напряжение на зажимах статора машины и все ее параметры сохраняют постоянные значения. Ее называют также диаграммой тока. Она дает наглядное представление о важных зависимостях между величинами, характеризующими работу асинхронной машины.

Рабочие характеристики двигателей

Определение рабочих характеристик расчетным путем.  С достаточной для практики точностью рабочие характеристики двигателя могут быть определены расчетным путем (без круговой диаграммы), если известны параметры машины, найденные из ее расчета или по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

Вопросы, связанные с пуском в ход электрических двигателей, имеют большое практическое значение. При их разрешении приходится считаться с условиями работы сети, к которой приключается двигатель, и с требованиями, которые предъявляются к электроприводу. Под электроприводом понимается устройство, состоящее из электродвигателя вместе с относящейся к нему аппаратурой и предназначенное для приведения во вращение рабочей машины (какого-либо станка, насоса, вентилятора, экскаватора, прокатного стана, конвейера и др.).

Регулирование скорости вращения Асинхронные двигатели обычно применяются для электроприводов, которые работают с постоянной частотой вращения. Но иногда они применяются для регулируемых электроприводов. Рассмотрим возможные способы регулирования частоты вращения.

Работа трехфазного двигателя при неноминальных условиях   Условия работы двигателя могут отличаться от номинальных, т. е. от тех условий, для которых он предназначен.

Работа при несимметричных напряжениях Работа трехфазного двигателя даже при небольшой несимметрии напряжений на его зажимах может привести к недопустимому нагреванию его обмоток, если он имеет на валу номинальную нагрузку или близкую к ней.

Работа при несинусоидальном напряжении

Однофазные асинхронные двигатели. Как отмечалось, однофазные асинхронные двигатели в настоящее время выполняются главным образом как малые машины на мощности, редко превышающие 0,5 кBт.

Однофазный двигатель, полученный из трехфазного Рассмотрим более подробно работу однофазного двигателя, полученного из трехфазного, при использовании только двух фаз его обмотки статора, соединенной в звезду

Двухфазные двигатели. Пуск в ход однофазных двигателей 

Однофазные асинхронные двигатели. Конденсаторные двигатели Наличие конденсатора во вспомогательной обмотке не только улучшает пусковые характеристики однофазного двигателя, но может также значительно улучшить его рабочие характеристики (к.п.д. и cosφ) и повысить, его использование.

Однофазные двигатели с экранированными полюсами   Однофазные двигатели с экранированными полюсами получили в последние годы широкое распространение. Они обычно выполняются на малые мощности (0,5 – 30 Вт) и применяются в тех случаях, где не требуется большой начальный вращающий момент.

Асинхронные исполнительные двигатели Вращающий момент двигателя создается в результате взаимодействия вращающегося поля и вихревых токов, наведенных им в цилиндрической части ротора.

Асинхронный преобразователь частоты Электрическую энергию на заводах, фабриках, при строительных работах, в шахтах, сельском хозяйстве обычно получают от сети трехфазного тока нормальной частоты 50 Гц. Для преобразования тока в другую частоту может быть использован асинхронный преобразователь частоты, представляющий собой асинхронную машину с контактными кольцами, приводимую во вращение каким-либо двигателем. Приводным двигателем обычно служит короткозамкнутый асинхронный двигатель.

Поворотные автотрансформаторы Поворотным автотрансформатором (применяется также название «индукционный регулятор») будем называть асинхронную машину, работающую с заторможенным ротором в качестве автотрансформатора и позволяющую путем поворота ротора регулировать напряжение на ее вторичных зажимах.

 Асинхронная машина при заторможенном роторе может быть использована в качестве преобразователя m1-фазного тока в m2-фазный ток: например, трехфазного тока в пяти- или семифазный ток Для этого ее обмотки статора и ротора должны быть выполнены соответственно на m1 и m2 фаз.

Асинхронные машины для синхронной связи В зависимости от назначения и режимов работы различают: сельсины, работающие в индикаторном режиме; сельсины, работающие в трансформаторном режиме, и дифференциальные сельсины.

Переходные процессы в асинхронных машинах   Изменение режима работы асинхронной машины связано с переходными процессами, которыми сопровождается переход от одного установившегося режима ее работы к другому. Они характеризуются возникновением уравнительных токов и магнитных полей, постепенно затухающих до нулевых значений.

Современные асинхронные машины Конструкции и характеристики асинхронных двигателей, выпускаемых заводами Советского Союза, вполне определяют современное состояние электромашиностроения в данной области.

Генераторы переменного тока, работающие на электрических станциях, в большинстве случаев являются синхронными машинами. Эти машины применяются также в качестве двигателей. Наибольшее распространение получили трехфазные генераторы и двигатели.

Под холостым ходом генератора понимается такой режим его работы, при котором ток в обмотке якоря (статора) равен нулю. Следовательно, магнитное поле в синхронном генераторе при холостом ходе создается только н.с. обмотки возбуждения. Мы можем принять, что оно состоит из двух полей: основного поля, магнитные линии которого проходят через воздушный зазор и сцепляются с обмоткой статора, и поля рассеяния полюсов, магнитные линии которого сцепляются только с обмоткой возбуждения.

Трехфазный синхронный генератор. Симметричная нагрузка   Рассмотрим здесь работу трехфазного синхронного генератора при симметричной нагрузке, когда векторы фазных токов равны по величине и сдвинуты по фазе на 120°. При этом будем иметь в виду одиночную работу генератора, когда он работает на свою собственную сеть независимо от других синхронных машин. 

Активное и индуктивное сопротивления обмотки якоря   Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря. Понятие индуктивного сопротивления рассеяния как некоторого параметра обмотки якоря синхронной машины аналогично тому же самому понятию в применении к обмотке статора асинхронной машины.

Диаграммы явнополюсной машины Метод двух реакций основан на разложении н.с. якоря на две н.с. – продольную и поперечную.

Упрощенные диаграммы   Рассматриваемые здесь упрощенные диаграммы являются одними из первых диаграмм, которые начали применять при исследовании синхронных машин. В настоящее время они служат главным образом для качественного рассмотрения явлений в этих машинах. Количественный учет при их помощи получается обычно недостаточно точным. Только для машин неявнополюсных и ненасыщенных, следовательно, имеющих прямолинейную характеристику холостого хода, они могут дать точные результаты.

Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям машины  Обратимся к диаграмме явнополюсного генератора, имеющего ненасыщенную магнитную цепь

Применение системы относительных единиц в теории синхронных машин   Система относительных единиц или долевых значений в настоящее время широко применяется при всякого рода практических расчетах, связанных с исследованием синхронных машин. К ее основным преимуществам нужно отнести то, что она облегчает расчеты, так как здесь при вычислениях приходится иметь дело с величинами, близкими к единице, а также то, что результаты расчетов в системе относительных единиц для машин различных типов и различной мощности мало отличаются друг от друга и поэтому легко позволяют производить сравнение машин.

Характеристики и векторные диаграммы При исследовании синхронных генераторов, так же как и при исследовании других электрических машин, обращаются к их характеристикам, т. е. к кривым, определяющим зависимости между величинами, характеризующими рабочие режимы машины.

Индукционная нагрузочная характеристика

Характеристики и векторные диаграммы Характеристики холостого хода современных турбогенераторов и гидрогенераторов в относительных единицах мало отличаются от нормальных характеристик, построенных по табл. 4-2, где приведены усредненные значения по данным испытания многих

Несимметричная нагрузка трехфазного генератора Несимметричная нагрузка трехфазных генераторов при неравномерном распределении однофазных приемников энергии. Однако в большинстве случаев достижение практически симметричной нагрузки не представляет затруднений.

Уравнения напряжений при несимметричной нагрузке

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.

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

Параллельная работа двух соизмеримых по мощности генераторов Рассмотрим параллельную работу генераторов, имеющих одинаковые номинальные величины и одинаковые параметры

Электромагнитная и синхронизирующая мощности явнополюсной машины В предыдущем при определении электромагнитной и синхронизирующей мощностей мы исходили из упрощенной диаграммы, не учитывающей ни насыщения машины, ни различия магнитных проводимостей по ее продольной и поперечной осям.

Синхронный двигатель Переход машины от работы генератором к работе двигателем.

Пуск в ход синхронного двигателя. Синхронные двигатели долгое время находили себе применение лишь в редких случаях вследствие тех затруднений, которые создавались при пуске их в ход.

Реактивная машина Как указывалось, реактивной машиной называется явнополюсная синхронная машина, работающая без возбуждения постоянным током (при Е0 = 0).

Внезапное короткое замыкание синхронной машины В синхронной машине, так же как и в любой другой электрической машине, при переходе от одного установившегося режима работы к другому возникает ряд явлений, изучение которых имеет важное значение, так как на практике с ними часто приходится иметь дело. Эти явления переходного процесса возникают вследствие изменения энергии магнитных полей машины, а также вследствие изменения кинетической энергии ее вращающихся частей.

Качания синхронной машины 

Потери и коэффициент полезного действия

Нагревание и охлаждение Как отмечалось, вопросам охлаждения электрических машин уделяется большое внимание. Только при правильном разрешении этих вопросов удается построить надежно работающие машины, мощность которых в настоящее время достигает сотен тысяч киловатт.

Синхронные машины заводов Советского Союза Синхронные машины, выпускаемые заводами Советского Союза, по своим характеристикам, экономичности и надежности в работе не уступают машинам передовых заводов США и европейских стран. Конструкции их вполне характеризуют современное состояние электромашиностроения в данной области.

Машины постоянного тока – генераторы и двигатели – находят себе широкое применение в современных электроустановках. Они выполняются с неподвижными полюсами и вращающимся якорем.

Получение постоянного тока при помощи коллектора Вначале обратимся к кольцевому якорю. Он представляет собой полый цилиндр, собранный из листов электротехнической стали; этот цилиндр укреплен на валу машины, например, при помощи крестовины, имеющей спицы из немагнитного материала.

Якорные обмотки машин постоянного тока Кольцевой якорь со спиральной обмоткой в настоящее время не применяется, так как более выгодным и надежным является барабанный якорь с обмоткой, все проводники которой укладываются на его внешней поверхности.

Волновая обмотка.

Электродвижущая сила 

Реакция якоря При холостом ходе машины магнитное поле в ней создается только обмоткой возбуждения, так как только по этой обмотке будет проходить ток. При нагрузке ток проходит и по обмотке якоря, н.с. которой изменяет поле машины, на что впервые была указано Э. X. Ленцем.

Под коммутацией в собственном смысле этого слова понимают переключение секции из одной ветви обмотки якоря в другую и происходящее при этом изменение тока в ней с одного направления на другое. Процессы, возникающие при этом в секции и под щеткой, называются коммутационными процессами. Их исследование представляет собой важную задачу, так как от ее правильного решения в большой степени зависит надежность работы коллекторной машины.

Электродвижущие силы коммутируемой секции

Классификация генераторов по способу возбуждения. В зависимости от способа возбуждения основного магнитного поля машины различают генераторы с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

Генератор с параллельным возбуждением

Двигатели

Система "генератор – двигатель". Иногда в специальных случаях применяют отдельный генератор для питания двигателя, скорость вращения которого нужно регулировать в широких пределах.

Параллельная работа генераторов К параллельной работе генераторов постоянного тока приходится обращаться, например, при необходимости увеличения мощности станции, вырабатывающей постоянный ток.

Электромашинные усилители. В последние годы в автоматических устройствах, наряду с усилителями – электронными, тиратронными, магнитными, гидравлическими – находят себе все более широкое применение электромашинные усилители, позволяющие получить на выходе большие мощности при незначительной мощности управления.

Потери и коэффициент полезного действия Потери в машине постоянного тока разделяются на:

1) магнитные потери в стали якоря Pc и в поверхностном слое полюсных наконечников Рп;
2) механические потери от трения: в подшипниках, вращающихся частей о воздух (сюда же надо отнести вентиляционные потери – на вращение вентилятора, если он имеется), щеток о коллектор, Рмех;
3) электрические потери в обмотках цепи якоря и в переходных контактах щеток, Рэ;
4) потери на возбуждение, Рв;
5) потери добавочные, Рдоб.

Электромашинные преобразователи тока Для преобразования электрической энергии одного вида в другой наряду со статическими устройствами (трансформаторы, ионные и электронные преобразователи, различные выпрямители) применяются электрические машины.

Коллекторные машины переменного тока обычно применяются как двигатели, т. е. для преобразования энергии однофазного или трехфазного тока в механическую энергию. Соответственно различают однофазные и трехфазные коллекторные двигатели переменного тока. Ротор их выполняется так же, как якорь машины постоянного тока, – с петлевой или волновой обмоткой, соединенной с коллектором. B статоре рассматриваемых машин имеет место переменное магнитное поле, поэтому он собирается из тонких листов электротехнической стали в отличие от статора машин постоянного тока, ярмо которого обычно выполняется из литой или прокатанной стали.