- •1. Трансформаторы
- •2. Асинхронные машины.
- •3. Синхронные машины.
- •4. Машины постоянного тока.
- •5. Лабораторные работы.
- •Введение
- •1. Трансформаторы
- •1.1. Назначение трансформаторов
- •1.2. Принцип работы трансформаторов
- •1.3. Режимы работы трансформатора
- •1.4. Уравнения напряжений трансформатора
- •1.5. Уравнения магнитодвижущих сил и токов
- •1.6. Приведение вторичных величин к первичной обмотке
- •1.7. Электрическая схема замещения и векторная диаграмма трансформатора
- •1.8. Трансформация трехфазных токов. Схемы, обозначения, основные соотношения
- •1.9. Экспериментальное определение параметров схемы замещения трансформатора
- •1.10. Выражение электрических величин и параметров трансформатора в относительных единицах
- •1.11. Группы соединения обмоток трансформаторов
- •1.12. Несимметричная нагрузка трехфазных трансформаторов. Метод симметричных составляющих
- •1.13. Схемы замещения и сопротивления трансформатора для токов прямой и обратной последовательностей
- •1.14. Схемы замещения и сопротивления трансформатора для токов нулевой последовательности
- •1.15. Параметры схем замещения нулевой последовательности. Магнитные потоки нулевой последовательности в трансформаторах. Сопротивление нулевой последовательности
- •1.16. Трансформация несимметричных токов
- •1.17. Магнитные поля и эдс при несимметричной нагрузке
- •1.18. Искажение симметрии вторичных напряжений при несимметричной нагрузке
- •1.19. Внешняя характеристика трансформатора
- •1.20. Потери и кпд трансформатора
- •1.21. Автотрансформаторы
- •1.22. Параллельное включение трансформаторов
- •2.1. Назначение и области применения асинхронных машин
- •2.2. Устройство асинхронных двигателей
- •2.3. Принцип действия асинхронных машин
- •2.4. Магнитная цепь асинхронной машины
- •2.5. Уравнения напряжений асинхронного двигателя
- •2.6. Уравнения мдс и токов асинхронного двигателя
- •2.7. Приведение параметров обмотки ротора и векторная диаграмма асинхронного двигателя
- •2.8. Потери и кпд асинхронного двигателя
- •2.9. Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя
- •2.10. Добавочные электромагнитные моменты
- •2.11. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
- •2.12. Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором
- •2.13. Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
- •2.14. Асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
- •2.15. Способы регулирования частоты вращения
- •2.16. Регулирование частоты вращения изменением угловой скорости поля
- •2.17. Регулирование частоты вращения без полезного использования мощности скольжения
- •2.18. Регулирование частоты вращения с использованием мощности скольжения
- •2.19. Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
- •3.1. Назначение синхронных машин
- •3.2. Устройство синхронных машин
- •3.3. Принцип работы синхронной машины
- •3.4. Возбуждение синхронных машин
- •3.5. Работа синхронного генератора при холостом ходе
- •3.6. Реакция якоря синхронной машины при симметричной нагрузке
- •3.7. Уравнения напряжений на зажимах синхронного генератора
- •3.8. Изменение напряжения при нагрузке
- •3.9. Характеристика короткого замыкания, отношение короткого замыкания
- •3.10. Внешние, регулировочные и нагрузочные характеристики синхронного генератора
- •3.11. Потери и кпд синхронного генератора
- •3.12. Параллельная работа синхронных машин
- •3.13. Регулирование активной и реактивной мощности синхронного генератора
- •3.14. U-образные характеристики синхронного генератора
- •3.15. Электромагнитный момент и перегрузочная способность синхронной машины
- •3.16. Синхронный двигатель и синхронный компенсатор
- •4. Машины постоянного тока
- •4.1. Назначение машин постоянного тока
- •4.2. Принцип работы машин постоянного тока
- •4.3. Обмотки якоря
- •4.4. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машины постоянного тока
- •4.5. Магнитное поле машины постоянного тока
- •4.6. Устранение вредного влияния реакции якоря
- •4.7. Способы возбуждения машин постоянного тока
- •4.8. Коммутация
- •4.9. Причины искрения щеток
- •4.10. Способы улучшения коммутации
- •4.11. Генераторы постоянного тока
- •4.12. Преборазование энергии в генераторах постоянного тока
- •4.13. Характеристики генераторов постоянного тока
- •4.14. Двигатели постоянного тока и их характеристики
- •5. Лабораторные работы
- •4. Обработка результатов измерений
- •5. Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2. Исследование однофазного автотрансформатора
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Обработка результатов измерений
- •5. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3. Исследование схем и групп соединения обмоток трехфазного трансформатора
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Содержание отчета
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4. Исследование трёхфазного трансформатора при несимметричной нагрузке
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Обработка результатов измерений
- •5. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5. Определение сопротивления нулевой последовательности трехфазного трансформатора
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Обработка результатов измерений
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Обработка результатов измерений
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7. Испытание генератора пoстоянного тока
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Обработка результатов измерений
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Обработка результатов измерений
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Литература
- •424001, Г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 1
2.8. Потери и кпд асинхронного двигателя
Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронной машине сопряжено с потерями энергии, поэтому полезная мощность на валу двигателя всегда меньше потребляемой из сети мощностина величину потерь:
.
Потери преобразуются в теплоту, что приводит к нагреву машины. Потери в электрических машинах разделяют наосновные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические.
Магнитные потери в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и на вихревые токи, возникающие в магнитопроводе при его перемагничивании. Величина магнитных потерь пропорциональна частоте перемагничивании, гдележит в пределах 1,3–1,5. Частота перемагничивания магнитопровода статора равна частоте сети. Частота перемагничивания магнитопровода роторане превышает в номинальном режиме нескольких герц, поэтому магнитные потери ротора малы, и в практических расчетах они не учитываются.
Электрические потери в асинхронном двигателе вызваны нагревом обмоток статора и ротора проходящими по ним токами:
и. Электрические потери пропорциональны квадрату тока в обмотке.
Электромагнитная мощность передается электромагнитным путем через воздушный зазор от статора к ротору:
. Электрические потери пропорциональны скольжению, поэтому предпочтительными являются режимы с малыми скольжениями.
В асинхронных машинах с фазным ротором имеются также потери в щеточном контакте:
.
Механические потери – это потери на трение в подшипниках и на вентиляцию. Величина этих потерь пропорциональна квадрату частоты вращения ротора (). В асинхронных двигателях с фазным ротором механические потери происходят еще и за счет трения между щетками и контактными кольцами ротора.
Добавочные потери включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, вызванных действием высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. В соответствии со стандартом добавочные потери асинхронных двигателей принимают равными 0,5 % от подводимой к двигателю мощности.
При расчете добавочных потерь для режима, отличного от номинального следует пользоваться выражением
, где– коэффициент нагрузки.
Коэффициент полезного действия асинхронной машины:
.
КПД трехфазных асинхронных двигателей общего назначения при номинальной нагрузке: для двигателей мощностью от 1 до 10 кВт составляет 75–85 %, для двигателей мощностью более 10 кВт – 90–94 %.
2.9. Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя
Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем. Электромагнитный момент пропорционален электромагнитной мощности:
, где– синхронная скорость вращения.
Подставив значение тока в последнее выражение, получим формулу электромагнитного момента асинхронной машины (Н∙м):
.
Параметры (сопротивления) схемы замещения асинхронной машины являются постоянными. Также постоянными можно считать напряжение на обмотке фазы статора и синхронную частоту. Единственной переменной величиной является скольжение, которое в различных режимах работы может принимать значение от –∞ до +∞.
Механическая характеристика машины – это зависимость прии. Длятипичных соотношений параметров механическая характеристика показана на рисунке:
Рис. Механическая характеристика асинхронной машины в различных режимах работы.
Электромеханическое преобразование энергии может происходить в асинхронной машине в следующих режимах:
– двигательном ,;
– генераторном ,;
– тормозном ,.
Характерными точками механической характеристики являются:
– точка идеального холостого хода. Скольжение , угловая скорость ротора совпадает с угловой скоростью поля , момент равен нулю;
– критическая точка со скольжением , соответствующая максимальному моменту, которые выражаются через параметры машины следующим образом:
,. Типичные значения критического скольжениядля асинхронных машин общепромышленного применения прикВт лежат в пределах 0,15–0,30.
Перегрузочная способность или кратность пускового момента:
для асинхронных двигателей общего назначения составляет 1,7–2,5;
– точка пуска (короткого замыкания) соответствует частоте вращения (скольжению). Пусковой момент:
. При пуске и в области малых скольжений параметры схемы замещения значительно изменяются по причине магнитного насыщения зубцовых слоев статора и ротора и поверхностного эффекта (вытеснения тока к краю проводника, т.е. увеличение активного сопротивления с ростом частоты) в проводниках ротора. Поэтому параметры схемы замещения при расчете механической характеристики в области, близкой к номинальной, не могут быть использованы для расчета пускового момента.
При пуске двигателя под действием электромагнитного момента вал двигателя приводится во вращение. Частота вращенияувеличивается, скольжениеуменьшается в соответствии с механической характеристикой двигателя и нагрузки. При критическом скольжении момент достигает максимального значения. После этого электромагнитный момент начинает убывать до достижения установившегося значения, при котором момент двигателя равен сумме противодействующих моментов (нагрузки и холостого хода).
Номинальное скольжение лежит в пределах от 0 до и составляет обычно 2–8%. Только в этом диапазоне возможна нормальная устойчивая работа асинхронного двигателя. Длительная работа в точке пересечения механических характеристик двигателя и нагрузкивозможна только в том случае, если при случайном отклонении угловой скорости от установившейся (вследствие колебаний нагрузки, напряжения сети и др.) на ротор действует момент, направленный на восстановление прежней угловой скорости.Условие устойчивости режима работы:
.