- •Часть 1
- •Предисловие
- •Введение
- •Основные физические законы функционирования электрических машин
- •Общие вопросы машин постоянного тока
- •2.1. Принцип действия машин постоянного тока
- •2.2. Конструкция машин постоянного тока
- •2.3. Обмотки якоря машин постоянного тока
- •2.3.1. Принципы реализации обмотки якоря и основные понятия
- •2.3.2. Простая петлевая обмотка
- •2.3.3. Простая волновая обмотка
- •2.3.4. Сложная волновая обмотка
- •2.3.5. Сложноволновая обмотка
- •2.4. Эквипотенциальные соединения обмоток якоря
- •2.5. Способы создания магнитного поля или способы возбуждения машин постоянного тока
- •2.6. Эдс якорной обмотки машин постоянного тока
- •2.7. Механический момент на валу машины постоянного тока
- •2.8. Магнитное поле машины постоянного тока, работающей в режиме холостого хода
- •2.9. Магнитное поле нагруженной машины постоянного тока. Реакция якоря
- •2.10. Коммутация обмотки якоря машин постоянного тока
- •Двигатели постоянного тока
- •3.1. Принцип действия двигателей постоянного тока
- •3.2. Основные уравнения двигателя постоянного тока
- •3.3. Потери и коэффициент полезного действия двигателей постоянного тока
- •3.4. Характеристики двигателей постоянного тока
- •3.4.1. Характеристики двигателей с независимым и параллельным возбуждением
- •3.4.2. Характеристики двигателей с последовательным возбуждением
- •3.4.3. Характеристики двигателей постоянного тока смешанного возбуждения
- •3.5. Пуск двигателей постоянного тока
- •3.6. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- •3.6.1. Регулирование частоты вращения двигателей с параллельным, независимым и смешанным возбуждением
- •3.6.2. Регулирование частоты вращения двигателя с последовательным возбуждением
- •Генераторы постоянного тока
- •4.1. Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения
- •4.2. Энергетическая диаграмма генераторов постоянного тока
- •4.3. Основные характеристики генераторов постоянного тока
- •4.4. Характеристики генератора с независимым возбуждением
- •4.4.1. Характеристика холостого хода
- •4.4.2. Нагрузочная характеристика генератора
- •4.4.3. Внешняя характеристика
- •4.4.4. Регулировочная характеристика
- •4.4.5. Характеристика полного падения напряжения
- •4.5. Рабочая точка нагруженного генератора
- •4.6. Характеристики генератора с параллельным возбуждением
- •4.6.1. Условия самовозбуждения генераторов
- •4.6.2. Характеристика холостого хода
- •4.6.3. Нагрузочная характеристика
- •4.6.4. Внешняя и регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением
- •4.7. Генераторы с последовательным возбуждением
- •4.8. Генераторы постоянного тока со смешанным возбуждением
- •4.9. Использование генераторов постоянного тока
- •4.10. Параллельная работа генераторов
- •Трансформаторы
- •5.1. Принцип действия трансформаторов
- •5.2. Конструкция однофазных трансформаторов
- •5.3. Потери электрической энергии в трансформаторе и коэффициент полезного действия трансформатора
- •5.4. Режим холостого хода трансформатора
- •5.5. Работа трансформатора в режиме нагрузки
- •5.6. Приведенный трансформатор и его схема замещения
- •5.7. Экспериментальное определение параметров трансформатора
- •5.8. Изменение выходного напряжения трансформатора при изменении тока нагрузки. Внешняя характеристика трансформатора
- •5.9. Внешняя характеристика трансформаторов
- •5.10. Трехфазные трансформаторы. Принцип действия трехфазных трансформаторов
- •5.11. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов
- •5.12. Специальные трансформаторы
- •5.12.1. Автотрансформаторы
- •5.12.2. Измерительные трансформаторы
- •5.13. Параллельная работа трансформаторов
- •Асинхронные машины
- •6.1. Магнитные поля асинхронных двигателей. Вращающееся магнитное поле
- •6.2. Эллиптические и пульсирующие магнитные поля
- •6.3. Принцип действия асинхронного двигателя
- •6.4. Конструкция асинхронного двигателя
- •6.5. Обмотки асинхронных машин
- •6.6. Электродвижущие силы статорной и роторной обмоток
- •6.7. Магнитный поток асинхронных машин
- •6.8. Векторная диаграмма асинхронного двигателя
- •6.9. Электрическая схема замещения асинхронного двигателя
- •6.10. Энергетические процессы асинхронной машины
- •6.11. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
- •6.12. Общее уравнение вращающего момента асинхронной машины
- •6.13. Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя
- •6.14. Формула Клосса
- •6.15. Эквивалентная схема замещения асинхронной машины с намагничивающей цепью, приведенной к сетевым зажимам
- •6.16. Круговая диаграмма асинхронной машины. Построение диаграммы
- •6.17. Анализ круговой диаграммы
- •6.18. Пуск трехфазных асинхронных двигателей
- •6.19. Пуск двигателей с фазным ротором
- •6.20. Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором
- •6.21. Двигатели со специальной роторной обмоткой и улучшенными пусковыми характеристиками
- •6.22. Способы регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя
- •6.22.1. Изменение частоты вращения с помощью изменения числа пар полюсов
- •6.22.2. Изменение частоты вращения двигателя изменением частоты сети
- •6.22.3. Регулирование частоты вращения ротора асинхронных двигателей изменением сопротивления роторной цепи
- •6.23. Рабочие характеристики асинхронных двигателей
- •Зависимость скорости вращения ротора двигателя от выходной мощности
- •Зависимость механического момента на валу двигателя от выходной мощности
- •Зависимость кпд двигателя от выходной мощности
- •Зависимость коэффициента потребляемой мощности от нагрузки (рис. 6.59)
- •Зависимость потребляемой двигателем мощности от выходной мощности
- •Зависимость скольжения двигателя от выходной мощности
- •6.24. Работа асинхронного двигателя в различных режимах
- •6.25. Работа асинхронной машины с фазным ротором в режиме регулятора трехфазного напряжения
- •6.26. Однофазные асинхронные двигатели
- •6.27. Маркировка выводов асинхронного двигателя
- •Синхронные генераторы
- •7.1. Принцип действия синхронных машин
- •7.2. Конструкция синхронной машины
- •7.3. Режим холостого хода генератора
- •7.4. Реакция якоря синхронной машины
- •7.4.1. Физическая природа реакций якоря
- •7.4.2. Реакция якоря в неявнополюсной машине
- •7.4.3. Реакция якоря в явнополюсной машине. Теория двух реакций
- •7.5. Векторные диаграммы напряжений трехфазного синхронного генератора
- •7.5.1. Диаграмма электродвижущих и намагничивающих сил трехфазных синхронных генераторов с неявно выраженными полюсами
- •7.5.2. Векторная диаграмма эдс трехфазного синхронного генератора с явно выраженными полюсами (диаграмма Блонделя)
- •7.6. Изменение напряжения на выходе синхронного генератора
- •7.6.1. Синхронное сопротивление
- •7.6.2. Изменение напряжения на выходе генератора при изменении нагрузки
- •7.7. Основные характеристики синхронного генератора
- •7.7.1. Характеристика холостого хода
- •7.7.2. Характеристика короткого замыкания
- •7.7.3. Нагрузочная характеристика
- •7.7.4. Внешние характеристики
- •7.7.5. Регулировочные характеристики генератора
- •7.8. Включение в сеть трехфазных генераторов или параллельная работа генераторов переменного тока
- •7.9. Угловые характеристики синхронных генераторов
- •7.10. Мощность синхронизации и момент синхронизации
- •7.11. Влияние тока возбуждения на режим работы синхронного генератора
- •7.12. Потери энергии и коэффициент полезного действия синхронного генератора
- •Синхронные двигатели
- •8.1. Принцип действия синхронных двигателей
- •8.2. Векторная диаграмма напряжений синхронного двигателя
- •8.3. Мощность и механический момент синхронного двигателя
- •8.5. Характеристики синхронного двигателя
- •8.6. Методы пуска синхронных двигателей
- •8.7. Синхронные компенсаторы
- •8.8. Способы возбуждения синхронных машин
- •Заключение
- •Список литературы
- •Оглавление
- •440026, Пенза, Красная, 40.
6.17. Анализ круговой диаграммы
Круговая диаграмма дает большие возможности при анализе режимов работы асинхронной машины (рис. 6.37).
Рис. 6.37
Зная величину номинального тока или тока машины, работающего в любом другом режиме, можно найти на окружности рабочую точку (например E), когда отрезок OE будет соответствовать в масштабе рабочему току обмотки статора. Угол между I1 и U1 позволит получить коэффициент мощности cos. Мощность P1 = mU1I1cos1 = KI1cos. Опуская перпендикуляр из точки E на ось абсцисс, мы получим отрезок Ed = I1cos, который пропорционален мощности P1. Масштаб мощности определяется произведением масштаба тока на величину напряжения U1, т. е. mP = mU1mi, где mP масштаб мощности, mi масштаб тока, m количество фаз.
Масштаб мощности может быть определен из опыта при заторможенном роторе. В соответствии с диаграммой сегмент представляет ток двигателя при блокированном роторе и при номинальном напряжении. В соответствии с предыдущими объяснениями длина перпендикуляра, опущенного из точки на ось абсцисс , пропорциональна мощности короткозамкнутой машины, питаемой номинальным напряжением. Но мощность , потребляемая заторможенным двигателем, является суммарной мощностью потерь в меди и стали машины. С другой стороны, мощность машины, работающей в режиме холостого хода, определяется мощностью потерь в магнитопроводе. На круговой диаграмме отрезок пропорционален этой мощности. Тогда длина отрезка пропорциональна мощности потерь в проводе короткозамкнутой машины.
Разделим отрезок , отражающий потери в меди машины, работающей в режиме короткого замыкания пропорционально величинам и . Необходимо напомнить о том, что . Отрезок разделен точкой на два отрезка. Длина первого отрезка пропорциональна мощности потерь в проводе обмотки статора, и отрезок отражает потери в обмотке ротора. Перед определением потерь в машине, скольжение которой не равняется нулю, необходимо уточнить общие зависимости.
Если скольжение , что соответствует неподвижному ротору, то . Вектор тока при таком значении скольжения займет положение, совпадающее с прямой OA.
В этом случае фазовый сдвиг напряжения и тока определяется из выражения
.
По векторной диаграмме , тогда можно записать
.
Таким образом, отрезок пропорционален сопротивлению , и пропорционален сопротивлению .
Треугольники и подобны и можно написать
и .
Для углов и , которые образованы вертикальными линиями и
и ;
используя уравнения
и ,
получают
;
и ;
;
.
Таким образом, отрезки и могут рассматриваться как мощности потерь в меди асинхронной машины. Отрезок выражает потери асинхронной машины, работающей в режиме идеального холостого хода. Можно сказать, что отрезок выражает мощность машины . С другой стороны, Pэм = P1 Pж Pм = = P1 (Pж + Pм) и отрезок bd выражает электромагнитную мощность машины . Тот же отрезок выражает механический момент, так как
.
Линия называется линией моментов, а линия линией полной механической мощности, так как , и эта мощность выражается отрезком
.
Ранее было показано, что
;
,
тогда
.
Проведем касательную к окружности в точке при скольжении и прямую параллельно , выражающую электромагнитную мощность (рис. 6.38).
Рис. 6.38
Треугольники и подобны, так как две их стороны параллельны, а третья общая
.
По той же причине треугольник подобен треугольнику , следовательно,
.
Умножая полученные уравнения, получаем:
и .
Отрезок в масштабе дает скольжение машины, работающей в режиме двигателя. Если провести линию скольжения в две стороны и разделить линию с таким же масштабом, что и отре- зок справа от точки получают величину скольжения , а слева от точки получают скольжение .
Для учета механических потерь проводят вектор тока машины, работающей в реальном режиме холостого хода (рис. 6.39).
Рис. 6.39
Проводят линию . Отрезок выражает механические потери асинхронного двигателя, работающего в реальном режиме холостого хода. Используя линию , можно построить линию коэффициента полезного действия. Продлив линию до пересечения с осью абсцисс в точке , через точку проводят прямую , параллельную оси ординат. Проведем прямую параллельно оси абсцисс. Треугольник подобен треугольнику , так как две стороны треугольника параллельны, а третья находится на общей линии. Тогда
.
Треугольники и подобны по тем же признакам, и тогда
.
Умножая полученные уравнения, получают следующую пропорцию:
или и .
Мы установили, что КПД машины, работающей в режиме двигателя,
.
Это значит, что отрезок отражает в определенном масштабе КПД асинхронной машины, работающей в режиме двигателя.