8 Лекция.

Из Г- образной схемы замещения:

Максимальный электромагнитный момент:

Для того, чтобы найти необходимо в формулу момента подставить скольжение. Скольжение, соответствующее максимальному электромагнитному моменту может быть найдено по условию:

Из полученного выражения следует, что не зависит от , отношение называется коэффициентом перегрузочной способности электрической машины. У больших асинхронных машин он больше 2.

Пусковой момент асинхронного двигателя.

Пусковой момент – это магнитный момент при

зависит от активного сопротивления ротора.

- кратность пускового момента, не меньше 0,7.

Как будет изменятся при увеличении ?

Включение сопротивления в цепь ротора приводит к увеличению пускового момента.

Рассмотрим, как влияет частота питающей сети на кривую момента:

Из анализа формулы следует, что с уменьшением частоты питающей сети будет уменьшаться. В связи с этим произведенным анализом:

Методы пуска асинхронных машин.

1. Прямой пуск – когда двигатель непосредственно подключен к сети.

Достоинство – быстрый набор скорости, однако пусковые токи достигают 4 номинала, что может привести к недопустимому снижению напряжения.

2. При пониженном напряжении он распадается на три случая:

- реактивный пуск;

- автотрансформаторный пуск;

- переключение соединения обмоток .

Как видно из формулы момента: и максимальный и пусковой момент зависят от квадрата тока.

9 лекция.

3.Пуск с помощью включения активного сопротивления в цепь ротора. Этот способ применяется для пуска асинхронных двигателей с фазным ротором.

Переходим на сопротивление :

т. в – новый режим.

Таким образом, ступенчатая кривая характеризует процесс пуска при выключении сопротивлений включенных в цепь.

Что будет с пусковым током?

-это хорошо.

Ток в этом случае уменьшается.

активная составляющая тока.

Из формулы тока видно, что включение добавочного сопротивления приводит к уменьшению общего тока , но электромагнитный момент создается электромагнитной составляющей тока, который при повышении сопротивления ротора увеличивается.

Короткозамкнутые двигатели с увеличенными характеристиками.

Двухклеточные двигатели – это двигатели, которые имеют две клетки с разным активным сопротивлением. Верхняя – пусковая, нижняя – рабочая.

При прохождении тока вокруг клеток, будут возникать поля рассеяния . При одинаковых токах

В начальный момент времени в связи с тем, что скольжение имеет наибольшее значение, ток будет протекать по верхней пусковой клетке и она будет обеспечивать электромагнитный момент.

По мере разгона двигателя, скольжение будет изменяться, что приведет к перераспределению тока (за счет изменения скольжения) и момент будет создаваться нижней рабочей клеткой.

Т.е запуск двигателя идет практически при постоянном максимальном моменте.

КПД у этих двигателей такое же, как у двигателей нормального исполнения, ниже, за счет повышенных полей рассеяния, плохое использование меди верхней обмотки.

Глубокопазный двигатель.

Глубокопазный двигатель – это двигатель, у которого

Искусственно разделили проводники.

Поскольку по проводнику протекает переменный ток, в нем будет индуктироваться ЭДС рассеяния.

потокосцепление проводника.

И з рисунка видно:

ЭДС рассеяния находится в противофазе с рабочей ЭДС .

- плотность тока.

Под действием ЭДС рассеяния ток будет вытесняться в верхнюю часть проводника и в пределе можно считать, что ток будет проходить только по верхней части проводников, т.е сечение проводников уменьшается, это приводит к увеличению его активного сопротивления, а индуктивное сопротивление уменьшается.

По мере разгона машины эффект вытеснения значительно уменьшается и, следовательно, происходит уменьшение активного сопротивления (ЭДС рассеяния зависит от частоты, а частота зависит от скорости ротора – скорость увеличивается, частота уменьшается, ЭДС уменьшается). Поскольку у этих двигателей критическое скольжение по мере пуска максимального момента плавно перемещается в сторону малых скольжений и, следовательно, пуск проходит практически при максимальном пусковом моменте.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей.

1. Скорость двигателя может регулироваться, путем изменения частоты питающей сети.

Для того, чтобы КПД, , перегрузочная способность до и после регулировки оставались постоянными, необходимо вместе с частотой регулировать напряжение и момент

10 лекция.

2. За счет включения активного сопротивления в цепь якоря у двигателя с фазным ротором.

Недостаток: КПД понижается, диапазон регулирования зависит от тормозного момента (от нагрузки).

3. Изменение напряжения питающей сети.

Недостаток: малый диапазон регулирования.

4. Изменение числа пар полюсов.

Для изменения числа пар полюсов, необходимо взять обмотку, у которой фаза состоит из двух частей, имея направление тока в одной из них , мы изменяем число пар полюсов.

Существуют двух, трех, четырех скоростные двигатели. У двух скоростных двигателей имеется обмотка с переключением пар полюсов. У трех и четырех скоростных двигателей имеются две обмотки, уложенные в те же самые пазы, у трехскоростном двигателе одна обмотка с регулировкой пор полюсов, другая без регулировки.

В случае четырехскоростного двигателя, регулирование идет в обеих обмотках.

Этот способ применяется только в двигателях с короткозамкнутым ротором, т.к пришлось бы менять число пар полюсов и у ротора.

5. Наиболее распространенная промышленная система – это переключение со звезды на двойную звезду.

6. Импульсное регулирование.

Напряжение на обмотки подается в виде импульсов, меняя соотношение длительности паузы и включенного состояния, достигается необходимая частота вращения.

7. Путем введения добавочной ЭДС в цепь ротора.

Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях.

Частота сети может отклонятся от номинального значения, напряжение так же может откланяться от номинального значения и , если момент со стороны механизмов остается номинальным, то эти отклонения в большую или меньшую сторону приводят к увеличению потребляемого тока. Работа при неноминальной мощности характеризуется уменьшением пульсности и КПД.

Не симметрия сопротивления в обмотке ротора.

Не симметрия сопротивления ротора возможна в случае обрыва стержней беличьей клетки, либо плохого контакта щетка- кольцо у асинхронных машин с фазным ротором, при этом в кривой момента появляется провал при скольжении равном 0,5. И машина при запуске может не развить номинальной частоты, а работать на промежуточной скорости потребляет большие токи.

Двигатель будет устойчиво работать в точке а.

Не симметрия напряжений.

Не симметричную систему напряжений раскладывают на системы прямой, обратной и нулевой последовательности. Система нулевой последовательности не оказывает активного влияния на работу.

Система обратной последовательности создает обратно вращающиеся поля и соответственно тормозной момент, они снижают полезный момент на валу и создают добавочные потери в стали, все это требует снижения нагрузки двигателя.

Работа при не синусоидальном напряжении.

Раскладываем не синусоидальное напряжение на гармоники. Влияние высших гармоник эквивалентно увеличению индуктивных сопротивлений , это приводит к уменьшению , КПД, момента, даже при незначительном искажении кривой напряжения это слабо сказывается на работе двигателя.

Способы торможения электрических машин.

Существует три способа:

1)Режим противовключения.

2)Режим генераторного торможения.

3)Режим динамического торможения.

1-

Включение большого напряжения приводит к уменьшению тока и электромагнитного момента, .

2 – Режим генераторного торможения характеризуется тем, что возможен только у двигателя с переключением пар полюсов, т.е двигатель работает в определенном режиме. Произведем переключение числа пар полюсов на большее значение, это приведет к снижению синхронной скорости, и ротор относительно новой синхронной скорости, будет иметь большую частоту вращения. Асинхронный двигатель переходит в режим асинхронного генератора, тогда электромагнитный момент будет тормозным.

3 – Режим динамического торможения. В этом случае обмотка статора отключается от сети. В одну или обе обмотки подается постоянный ток и двигатель работает в режиме генератора постоянного тока. При этом вся вырабатываемая мощность гасится в обмотке ротора – режим теплонапряженный, в этом случае зависимость выглядит таким образом:

Работа асинхронного двигателя при обрыве одной фазы.

При обрыве одной фазы вращающееся поле асинхронной машины превращается в пульсирующее, которое может быть разложено на два вращающихся в противоположные стороны поля с половинной амплитудой.

При обрыве одной фазы, двигатель продолжит вращаться в том же направлении, но ток увеличивается, а

11 лекция.

Влияние высших гармоник на работу асинхронного двигателя.

Высшие гармоники магнитного поля, имеющие простейший период меньше , могут возникать в асинхронной машине вследствие не синусоидальной кривой МДС и вследствие зубчатости.

Рассмотрим высшую гармонику, передвигающуюся в направлении вращения ротора и созданную током статора, это поле наводит в замкнутой обмотке ротора ток соответствующей частоты, который в свою очередь создает магнитное поле, передвигающееся по поверхности ротора и вращающееся в воздушном зазоре синхронно с рассматриваемым полем статора.

Магнитные поля статора и ротора будут иметь одинаковый пространственный период и суммируясь создают вращающееся поле. Это поле, взаимодействуя с током ротора, создает вращающийся момент, который имеет природу асинхронного. Если ротор вращается медленнее соответствующей гармоники, то будет иметь место двигательный режим, и вращающийся момент будет направлен в сторону вращения ротора. Если ротор вращается быстрее поля, то возникает генераторный режим и момент будет тормозным, т.о каждая высшая гармоника будет создавать соответствующий асинхронный момент, который будет складываться с моментом первой гармоники.

При скольжении 0,856 скорость ротора и поле седьмой гармоники двигаются с одинаковой скоростью, следовательно, момент электромагнитный будет равен 0.

Если скорость ротора будет меньше, чем , то момент будет двигательный, а если больше, то генераторный.

кривая момента от седьмой гармоники.

В точке а машина может застрять и устойчиво работать со скольжением , т.е машина не достигнет номинальных значений и будет работать с малой частотой и при больших токах.

И чтоб избавиться от этих гармоник, применяется укорочение шага обмотки.

Синхронные вращающиеся моменты.

Не все высшие гармоники магнитного поля, созданные статором и ротором, сцепляются с обеими обмотками. Это особенно характерно для зубцовых гармоник. При определенных частотах вращения ротора отдельные гармоники поля статора могут двигаться синхронно с соответствующими гармониками поля ротора. Под действием магнитных сил в этом случае возникает механическое взаимодействие между статором и ротором, и образуется вращающийся момент, который может быть назван синхронным.

При опережении зубцовым полем статора поле ротора, возникает двигательный момент, при отставании и той же скорости вращения возникает тормозной момент.

Если синхронный момент при пуске достаточно велик, то машина может не достичь номинальной частоты вращения.

Синхронные моменты наиболее сильно проявляются при . Эти моменты могут быть полностью устранены путем скоса пазов и правильного соотношения .

Вибрационные силы, действующие на асинхронную машину.

Зубцовые и другие магнитные поля статора и ротора, образующие синхронный вращающийся момент проявляются не только при взаимно синхронном вращении, но и при любых других скоростях, в этом случае они образуют периодически вращающееся моменты, которые в течение одного полупериода направлены в обратном направлении. Такие периодически меняющиеся моменты создают вибрации ротора и отдельных частей машины, эти явления становятся особенно заметными при наличии резонансных явлений. При неблагоприятных соотношениях зубцов статора и ротора могут возникать не только тангенциальные составляющие, но и радиальные магнитные силы, действующие на статор и ротор и перемещающиеся вдоль окружности воздушного зазора, при вращении ротора эти силы вызывают вибрацию машины. Шумы при работе асинхронных машин могут возникать вследствие механических и магнитных колебаний. Механические причины шума зависят от балансировки ротора, состояния подшипников и колебания вентилирующего воздуха в каналах охлаждения. Более неприятный шум, вызванный магнитными явлениями, связанными с наличием высших гармоник магнитного поля.

Стальные листы и отдельные ферромагнитные части машины, попадая в переменное магнитное поле Зубковой частоты, начинают колебаться.

Рабочие характеристики асинхронных машин.

Рабочие характеристики – это зависимости от .

1)

По мере возрастания нагрузки нелинейность увеличивается.

2)

3) Характер КПД обусловлен присутствием потерь в меди, которые пропорциональны квадрату тока и заставляют уменьшаться КПД.

4) Векторная диаграмма асинхронного двигателя объясняет характеристику

Как видно из векторной диаграммы – по мере увеличения нагрузки угол будет уменьшаться, и следовательно будет увеличиваться

увеличивается , в когда .

Однако по мере увеличения нагрузки тоже уменьшается .

Серии асинхронных машин.

1973г. – серия 4А.

1980г. – серия АИ и ее модификации.

1990г. – 5А, РА.

Настоящее время – 6А, 7А.

Специальные асинхронные машины.

1. Асинхронная машина с массивным ротором – ротор делается из цельной паковки. Это позволяет получить скорости от 10 до 10000 оборотов в минуту. Имеют низкий КПД и низкий .

2. Линейный двигатель.

3. Скользящие электромагнитные муфты.

4. Магнитогидродинамические машины переменного тока (МГД). Пример такой машины – индукционный насос для перекачки металла.

5. Поворотный трансформатор.

6. Преобразователь частоты.

Принцип действия машины постоянного тока.

Машина постоянного тока – это традиционная машина.

Направление ЭДС и тока в рамке определяют по правилу

левой руки.

При повороте рамки на ток меняет свое направление, следовательно, перед нами модель генератора переменного тока.

Для того, чтобы преобразовать генератор переменного тока в генератор постоянного тока кольца заменяют механическим преобразователем – коллектором, который меняет ЭДС и ток в рамке на постоянный на щетках.

Модель генератора постоянного тока (при повороте на ток не меняет своего направления.)

Как у генератора переменного тока, так и у генератора постоянного тока ток и ЭДС в рамке протекает переменный. Рамка в машинах называется секцией.

Самые первые машины постоянного тока были с кольцевыми якорями и представляли собой следующую конструкцию:

Четырем секциям соответствуют 4 коллекторные пластинки.

а=1- число пар параллельных ветвей.

Для лучшего использования меди обмотки кольцевого якоря заменили на барабанные. Такой якорь представляет собой барабан, обмотка укладывается в пазы.

Паз бывает элементарным – когда в пазу уложены две стороны секции.

И паз бывает реальный, если в пазу уложено 4-6 сторон секции.

Геометрическая нейтраль.

- полюсное деление.

-диаметр якоря.