Шпоры по машинам

Регулировочная характеристика iв = f (I) при U =const и п= const показывает, как нужно регулировать ток возбуждения, чтобы, при изменении нагрузки напряжение генератора не менялось (рис. 9-8). С увеличением I ток iB необходимо несколько увеличивать, чтобы компенсировать влияние падения напряжения laRa и реакции якоря.

Рис. 9-8. Регулировочная характеристика генератора независимого С учетом изменяющихся условий насыщения реальная опытная регулировочная характеристика будет иметь вид, показанный в нижнем квадранте рис. 9-9 штриховой линией.

Обратным построением, если даны х. х. х. и регулировочная характеристика, можно получить характеристический треугольник.

Нагрузочная характеристика U =f (iB) при / = const и

п = const (кривая 2 на рис. 9-10) по виду схожа с х. х. х. (кривая 1 на рис. 9-10) и проходит несколько ниже х. х. х. вследствие падения напряжения в цепи якоря и влияния реакции якоря. X. х. х. представляет собой предельный случай нагрузочной характеристики, когда / = 0.

Влияние сдвига щеток с геометрической нейтрали сказывается в том, что возникает продольная реакция якоря, изменяющая поток полюсов, и поток добавочных полюсов будет индуктировать э. д. с. не в коммутируемых секциях, а в рабочих секциях параллельных ветвей якоря. При повороте щеток против направления вращения якоря (рис. 9-11) это вызовет увеличение э. д. с. якоря, а при сдвиге по направлению вращения - уменьшение э. д. с. В первом случае внешняя характеристика (рис. 9-6) с увеличением / будет падать медленнее или даже может подниматься, во втором - будет падать более круто. При наличии добавочных полюсов в обоих случаях возникает расстройство коммутации.

11

4.8 Способы пуска и регулирования частоты вращения АД.

1)Прямой пуск включ-е обмотки его статора в сеть, на номин.напр. обмотки статора Iп=(4-7)∙IН. Это считается норм-м пуском.

2)Реакторный пуск. Сначала вкл-я выкл-ль В1(б) и дв.получает питание ч/з 3фаз. реактор. При достижении нормальной скорости вращ-я вкл-я выкл-ль В2 кот. шунтирует реактор, в рез-те на двиг. Подается нормальное напр-е сети.

3)автотрансформаторный пуск. Сначала вкл-я выкл-ль В1(в) и В2 и на дв. ч/з автотр-р АТ подается пониж-е напр-е, после достиж-я дв-м опред-й скорости В2 отк-я и Д получает питание ч/з часть обмотки автотр-а, кот.в этом случае рабтает как реактор. Наконец вкл-я вык-

ль В3, в рез-те чего Д получает полное напр-е.

В1 должен быть выбран на отключ-ю мощность при к.з., а В2 и В3 могут иметь меньшие от- ключ-е мощности.

4)пуск перекл-м «звезда-треуг-к» прим-я когда выведены все шесть концов обмотки статора (г) и Д норм-о работает с соединением обмотки статора в треуг-к напр-р когда Д раб-т от сети 380/220 и с соед-м обмоток «зв-тр.» работает от сети 220 В. В этом случае при пуске обмотка статора вкл-я в зв. (нижнее полож-е перекл-я П), а при достиж-и норм.скорости вращ-я переключается в тр-к (верхнее полож-е перекл-я П).

5)пкск Д с фазным ротором с пом-ю пускового реостата.

6)самозапуск АД. В эл-х сетях в рез-те к.з. остановка нежелательна.

При восстан-и напр-я начин-ся одноврем-й запуск не отключ-ся от сети Д. Такой самозапуск Д способ-т быстрому воост-ю норм-й работы произв-х мех-в. Однако одновр-й саозапуск большого числа АД загруж-т сеть большими токами что вызывает в ней большое падение напр-я и задержив-т процесс восст-я норм-го напр-я. Время самозапуска Д при этом увелич-я, а врде случаев знач-е пуск-го мом-а недостат-о для пуска Д.

Возм-сть самозапуска целесооб-о исп-ть для Д наиболее ответ-х произв-х мех-в.

Способы регулирования частоты вращ-я

Регулирование скорости изменением числа пар полюсов р используется обычно для двига-

телей с короткозамкнутым ротором, так как при этом требуется изменять р только для обмотки статора. Изменять р можно двумя способами: 1) применением на статоре нескольких обмоток, которые уложены в общих пазах и имеют разные числа пар полюсов р; 2) применением обмотки специального типа, которая позволяет получить различные значения р путем изменения (переключения) схемы соединений обмотки. Двигатели с изменением числа пар полюсов называются многоскоростными.

С помощью реостата в цепи обмотки ротора Изменением величины питающего напряжения Изменением частоты питающего напряжения

12

4.9 Устройство и принцип работы трансфор-ра

Трансф-р – устор-о, предназ-е для преоб-я перем-го тока одного напряж-я в перем-й ток др.напр-я той же частоты.

Трансф-р состоит из след-их главных частей: а) сердечника, б) обмотки, в) бака с маслом, если трансформатор масляный и г) выводных изоляторов.

Сердечник трансф-ра. Сердечником трансф-ра назыв-ся система, образующая магнитную цепь его со всеми деталями, относящимися к ее конструкции. По типу сердечника различают:

a) трансф-ры стержневые, в кот. обмотки охватывают стержни сердечника, и б) трансф-ры броневые, в кот. обмотки частично охватываются сердечником.

В 3фаз. трансф-ах очень большой мощности сердечник состоит из 3 главных стержней, на кот-х распол-ся обмотки, и 2 добавочных — по бокам — стержней 6eз обмоток.

По способу расположения обмоток высшего и низшего напряжений (ВН и НН) относительно друг друга различают:а) концентрические, т. е. такие обмотки, кт. в каждом поперечном сечении представляют собой окружности, имеющие общий центр; б) чередующиеся, в кт. части обмоток ВН и НН попеременно следуют друг за другом по высоте стержня.

Обмотка на кот. подается напр. наз. перв, с кот. снимается или подается нагрузка- вторичн. По числу обмоток: 2-х обм., 3-х и многообмот-й.

Бак масляного трансф-ра. Масляные трансф-ры, в кот. трансф-ор или так называемая выемная часть его, т. е. сердечник с расположенными на нем обмотками, помещается в бак с маслом. Нагреваясь, масло начинает циркулировать внутри бака и этим обеспечивает естественное охлаждение тр-ра. Тр-ры очень малой мощности —до 30 ква — имеют гладкие баки, являющиеся простейшим типом баков, в тр-рах большей мощности —до 3000 ква — применяют трубчатые баки, в стенки кт. вваривают трубы, трансф-ры мощностью до 10 000 ква имеют пристроенные к стенкам бака охладители-радиаторы с естест-ым охлаждением.

Крышка бака и выводы. Крышка бака является сущ-ым элементом конструкции бака. На крышке расположен целый ряд деталей, из которых наибольшее значение имеют: а) выводные изоляторы для обмоток ВН и НН; б) маслорасширитель — в трансформаторах от 100 ква и выше; в) выхлопная (предохран-ная) труба для трансф-ов мощностью от 1000 ква и выше.

По числу фаз: 1фаз., 3фаз.

По назнач-ю: силовые (д/преоб-я в энергет-х сетях), спец-е: выпрямит-е, свароные, измерит- е (I,U), импульсные и др.

По констр-и: стержневые, броневые.

Работа трансф-ра осн-ся на принципе электро-магнитного взаимодействия двух или, в общем случае, любого числа контуров, неподвижных относительно друг друга.

При подключ-и первичной обмотки тр-ра к сети с синусоид- м напр-м U1 в обмотке возникает ток I1, кот. создает синусоидально изменяющ-я магнит-й поток Ф, замыкающ-я по

магнитопроводу. Поток Ф индуктирует эдс. как в первичной, так и вторичной обмотке. При подключ-и к вторич-й обм-е нагрузки в этой обмотке возн-т вторичный ток I2 и на ее зажимах устан-я некоторое напр-е U2. Результир-й магн-й поток магнитопров-а ФС создается током обеих обмоток

13

4.10 Схема замещения 1фаз-го 2х обмот-го трансф-ра.

Аналитическое и графическое исследование работы тр-ра упрощается, если действительный трансформатор, в кт. обмотки связаны между собой электромагнитно, заместить схемой, элементы которой связаны между собой только электрически.

Первичные и вторичные I и U и др.величины имеют одинаковый порядок, если у перв-й и втор-й обмоток число витков одинаково. Реальная втор-я обм-а р-а с числом витков w2 за-

менена привед-й обм-й с числом витков w2′= w1, при этом число витков втор-й обм-и изм-я

в k= w2′/ w2= w1/ w2

k– коэфф-т трансформ-ции/приведения.

Врез-те этой замены, привед-ая э.д.с. Е2′ и U2′ привед-й обм-и также изм-я в k раз

, ,

E2 k E2 ; U2 k U2

Чтобы мощности привед-й и реальной об-к при всех режимах были равны, необ-о:

, ,
U2 I2 U2 I2
		,
I2′ - привед-й втор-й ток,→ I2 I/ k

Намагничив-е силы привед-й и реальной обмоток:

, ,

I2 ω2 I2 ω2

Для того чтобы элекромагн-е процессы в реальном и превед-м тран-ре протекали одинаково, привед. и реальная втор-е обм-и должны создавать одинак-е магн-е поля, необх-о чтобы привед.втор.обм-а имела те же геометр. размеры. Поэтому суммарное счение всех витков привед-й обм-и должно быть таким же, как и в реальой, а сечение каждого витка привед-й обмотки должно уменьш-я в k раз. Так как привед.обм-а имеет в k раз больше витков, то активное сопрот-е привед-й обм-и в k2 раз больше, чем реальной: r2′= k2∙ r2.

Так как одинак-ы геометр-е разм-ы и располож-я катушек их индукт-и и индукт-е сопрот-я пропорц-ы квадратам чисел витков, то м/у инд-м сопрот-м привед. обм-и х2′ и реальной х2 есть такое же соотнош-е: х2′= k2∙ х2.

Потери в прив-й и ральной обм-х одинак-ы:

I2′2∙r2′ = (I2/ k)2∙ k2∙ r2 = I22∙ r2/

Относит-е падение напр-я во втор-х обм-х реального и привед-го тран-в:

r' I'		k 2r I					r I			x' I'		k 2 x	2		I	2		x	2	I	2
2 2		2			2		2	2	;	2 2
U'2		kU2		k U2						U'2		kU2 k U2

14

4.11 Условия включения трансф-ов на параллельную работу.

Под параллельной работой неск. трансф-ров понимается такая работа, когда их вторичные обмотки подключены к общей нагрузке, а первичные обмотки получают питание от одной сети.

Необходимо для:

1) для обеспечения резервирования в электроснабжении при аварии или ремонте трансформатора; 2) уменьш-я потерь энергии в периоды малых нагрузок подстанции путем откл-я части па-

ралл-о раб-х тр-в. Необх-о:

Общая нагрузка подстанции распред-сь м/у паралл-о работ-ми тран-ми и их номин-м мощностям.

Такое распред-е достиг-ся при условиях, когда паралл-о раб-е тр-ры имеют:

1)одинаковые группы соединений обмоток;

2)равные первичные и равные вторичные номинальные напряжения (одинаковые коэффициенты трансформации);

3)Одинаковые напряжения короткого замыкания.

Если первые 2 из этих условий соблюдены, то вторичн-е и соотв. фаз паралл-о вкл-х тр-в на х.х., когда втор-е обм-и разомкнуты, будут равны по величине и по фазе. Поэтму при вкл-и втр-х обм-к на общие шины в этих обмотках при отсутствии при отсутствии нагрузок не возникает токов. В противном случае на х.х. возникают появления уравнительных токов между трансф-ми, кот. будут циркулировать по замкн-м контурам, образуемым вторичными обм-ми паралл-о вкл-х тр-в и трансформиров-ся на первич-е обм-и.

Соблюдение 3-го уловия обеспеивает равномерное распред-е нагр-и м/у тран-ми, но необх-о проверить, что на одну и туже шину включаются также фазы отдельных тран-в и кот. сов- пад-т по фазе.

15

4.12 Условия создания кругового вращающего магнитного поля в машинах переменного тока.

Каждая фаза состоит из одного витка или 2-х пров-в (1-я фаза-пров-и А и Х, 2-я – В и У, 3-я

– С и Z). Пров-ки каждого витка (фазы) распол-ы друг о друга на расстоянии полюсного деления:

τ = π∙Da/2р,

Da – диаметр внутр-й расточки статора, 2р – число пар полюсов.

Начало фаз АВС сдвинуты отн-о друг друга на 120° эл-х, что составляет треть окруж-ти. На рис. показ. Направ-е токов в провод-ах обм-к статора для момента времен когда ia = Im и

iв = ic = -1/2∙Im

Распределение токов по окр-ти статора состав-т 2 зоны и направ-е противоположно. Токи распред-ы на поверхности статора по синусоид-му закону.

Токи создают 2-х полюсный моментный поток Ф1, проход-й ч/з статор, ротор и возд-й зазор м/у ними.

Ось витка фазы А напр-а гориз-о и ось магн-го потока при ia = Im тоже гориз-а. При измен-и фазы токов на 30° кривая распред-я токов и магн-й поток поворачив-я в направ-ии следования фаз на 30° эл.

Если фаза токов измен-я на 120 и iв = Im, то Ф будет направ-н по оси фазы В и т.д. с С. Таким образом обм-а статора 2-х полюсной машины при питании ее фазным током создает 2-х полюсное вращ-ся манн-е поле. За один перид на 360° эл-х скорость вращения поля n1 = f1 об/сек.,

f1 – частота статора

Магн-е поле вращ-ся в направ-ии чередования фаз АВС обм-к стаора. Для измен-я напр-я вращ-я поля на обратное дост-о поменять местами на зажимах обм-к стат-а концы 2-х пров- в, идущих от питающей сети.

Если 2р = 4, то n1 = f1/2

2р = 6, то n1 = f1/р

16

4.13 Устройство и принцип работы асинхронной машины

АД состоят из двух частей: неподвижной части — статора и вращающейся части — роторa. Сердечник статора, предст-щий собой полый цилиндр, и ротора набирают из отд. листов электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм. Перед сборкой сердечника листы изолируют друг от друга оксидированием или лакировкой или используют сталь, выпускаемую с электроизоляционным покрытием. На внутренней поверхности статора выштамповывают пазы, в кот. укладывают обмотку. Сердечник статора закрепляют в корпусе, а сердечник ротора на валу.

Роторы АД. выполняют двух видов: с к.з обмоткой (к.з.АД) и с фазной обмоткой (АД с фазным ротором). Для усиления охлаждения двигателя вместе с кольцами отливают примыкающие к ним вентиляционные лопатки. Подшипниковые щиты прикрепляют к корпусу статора. В корпусе крепят сердечник статора. В АД воздушный зазор между статором и ротором выбирают минимально возможным из механических соображений. С уменьшением зазора снижается потребляемый из сети намагничивающий ток, что способствует повышению cos ф Д.

Принцип работы АД: Ротор АД неподвижен и к его валу не приложен тормозной момент. Если 3фаз-ю обмотку статора подключить к 3фаз. сети, то токи, протекающие по обмотке, создадут вращ-ся магн-ое поле. Угловая скорость этого поля, назыв-ая синхронной, равна ω =2πf1/p (f1 -частота сети). Магнитное поле при своем вращении пересекает пров-ки обмотки ротора и индуцирует в них ЭДC. При определении направления ЭДС по правилу правой руки принималось, что поле неподвижно, а движ-е пров-ка происходит в сторону, противоп-ую вращ-ию поля.

Т. к. обмотка ротора замкнута, то в ней воз-ет ток I2, активная состав-ая кот. будет по на- прав-ию совпадать с ЭДС. Ток I2, взаимод-уя с магнитным полем, создаст вращающий момент М, под действием кот-го ротор придет во вращ-е. Как можно установить по правилу левой руки, направ-ие момента и вращения ротора будут совпадать с направ-ем вращения поля.

По мере разгона ротора, его угловая скорость будет увелич-ся, но даже при отсутствии нагр-ки на валу (х.х) он не сможет достигнуть скорости вращения поля. Ток I2 и момент дв. М увеличиваются с ростом ЭДС в роторе, кот. пропорц-на разности

w1 - w. При увелич-ии момента нагрузки на валу двигателя, М2 должен увеличиваться, эл.магнитный момент дв. М=Мо+М2, вследствие чего возр-ет разность w1 - w. Т.о. для рассматриваемого дв. характерной особенн-ю является несинхронное (асинхроное) вращ-ие его ротора с магнитным полем. Отсюда и его название - АД. Разницу м/у скор-ми или частотами вращ-ия ротора и поля принято оценивать велич-ой, назыв-ой скольжением s:

s = (w1 - w)/w1 = (n1 -n)/n1

где w1 = 2πf1/р = 2πn1/60, w = 2πn/60 - угловые скорости поля и ротора.

Асинх-ая машина может работать также в генер-ом режиме и реж. эл.магн-ого тормоза. Ген-ый режим возникает в том случае, когда ротор с помощью постороннего дв-я будет вращ-ся в направлении поля со скор-ю, большей скорости поля.

Если ротор под действием посторонних сил начнет вращ-ся в сторону противопол-ю вращ- ю поля, то возникает режим электромагн. тормоза.

17

4.14 Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характ-ки дв-я — это зависимость потребляемой мощности Р1, первичного тока I1, оэффиц-а мощн-и cosφ, момента на валу М, скольжения s и КПД от полезной мощности Р2 при постоянных номинальных напряжениях и частоте сети. Рабочие характ-ки позволяют находить все осн. величины, опред-е реж.работы дв. при различных нгрузах.

Задаваясь несколькими значениями мощности на валу Р2, находим для этих точек значения токов I1 потребляемой из сети мощности Р1 и момент на валу М. По соответствующим шкалам после дополнит-ых построений определяем cosφ, и s. КПД приближенно находим как отношение Р2/Р1.

При Р2=0 величина I1 и cosφ соответ-т реж.х.х.

18

4.15 Способы пуска синхронных двигателей. Синхронный компенсатор.

B подавляющем большинстве случаев применяется асинхронный пуск синхронных двигателей. Обычно синхронные двигатели имеют на своем валу возбудитель в виде генератора постоянного тока параллельного возбуждения (рис. 37-1). При пуске по схеме рис. 37-1, а контакты 7 разомкнуты, а контакт 8 замкнут. При этом обмотка возбуждения двигателя 2 замкнута через сопротивление 6 и асинхронный пуск происходит в наиболее благоприятных условиях. В конце асинхронного пуска, при s 0,05, срабатывает частотное реле, обмотка которого (на рис. 37-1, а не показана) подключена к сопротивлению 6, и включает контактор цепи возбуждения. Контакты 7 контактора при этом замыкаются, а контакт 8 размыкается. В результате в обмотку 2 подается ток возбуждения и двигатель втягивается в синхронизм.

Рис. 37-1. Схемы цепи возбуждения синхронного двигателя с машинными возбудителями при пуске с разрядным сопротивлением (а) и с наглухо приключенным возбудителем (б)

I — якорь двигателя; 2 — обмотка возбуждения двигателя; 3

— якорь возбудителя; 4 — обмотка возбуждения возбудителя; 5 — реостат возбуждения возбудителя; 6 — разрядное сопротивление; 7 и 8 — контакты контактора или автомата гашения

Пуск по схеме рис. 37-1, а поля отличается определенной сложностью. Поэтому в последнее время все чаще применяется

схема рис. 37-1, б с наглухо присоединенным возбудителем. При этом по цепи якоря 3 при пуске протекает переменный ток, который, однако, не причиняет вреда. При п = (0,6 0,7)пн возбудитель возбуждается и возбуждает синхронный двигатель, благодаря чему при приближении к синхронной скорости двигатель втягивается в синхронизм.

Пуск по схеме рис. 37-1, б происходит в менее благоприятных условиях. Во-первых, двигатель возбуждается слишком рано и при этом возникает дополнительный тормозящий момент на валу Мк. Во-вторых, в данном случае по сравнению со схемой рис. 37-1, а кривая асинхронного момента имеет менее благоприятный вид. Тем не менее, схема рис. 37-1, б обеспечивает надежное втягивание двигателя в синхронизм, если момент нагрузки на валу Мст при п п„ не превышает (0,4 0,5)Мн. Путем совершенствования пусковой обмотки двигателя можно достичь надежного втягивания в синхронизм при Мст = Мн. Пуск по схеме рис. 37-1, б по своей простоте приближается к пуску короткозамкнутого асинхронного двигателя и поэтому находит в последние годы все более широкое применение.

Обычно производится прямой асинхронный пуск синхронных двигателей путем включения на полное напряжение сети. При тяжелых условиях пуска (большие падения напряжения в сети и опасность перегрева пусковой обмотки или массивного ротора) производится реакторный или автотрансформаторный пуск при пониженном напряжении, как и у короткозамкнутых асинхронных двигателей. Кроме асинхронного пуска, можно привести во вращение синхронный двигатель на холостом ходу с помощью соединенной с ним машины (например, в агрегатах «синхронный двигатель-генератор постоянного тока»). В некоторых случаях возможен частотный пуск, когда двигатель питается от отдельного синхронного генератора и частота последнего плавно поднимается от нуля. При этом синхронный двигатель приходит в синхронное вращение уже при весьма малой, скорости. Обмотки возбуждения генератора и двигателя в этом случае необходимо питать от посторонних источников. Частотный пуск происходит наиболее благоприятно при условии, когда ток возбуждения генератора в начале пуска примерно равен номинальному, а ток возбуждения двигателя равен по характеристике холостого хода току возбуждения при U Uн и п = пн.

19

Синхронные компенсаторы предназначаются для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных компенсаторов также в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность, так как в этих случаях напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения. Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует его ток возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остается постоянным.

Синхронные компенсаторы лишены приводных двигателей и являются синхронными двигателями, работающими на холостом ходу. Компенсаторы строятся на мощность до SН = 100 MB·А и имеют явнополюсную конструкцию, обычно с 2р = 6 или 8. Мощные компенсаторы имеют водородное охлаждение. Для осуществления асинхронного пуска все синхронные компенсаторы снабжаются пусковыми обмотками в полюсных наконечниках или их полюсы делаются массивными. При этом используется способ прямого, а в необходимых случаях — способ реакторного пуска. Иногда мощные компенсаторы пускаются в ход также с помощью пусковых фазных асинхронных двигателей, укрепляемых с ними на одном валу.

20