- •Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
- •Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
- •Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
- •Асинхронные конденсаторные двигатели
- •Синхронные машины
- •Работа синхронного генератора при холостом ходе
- •Реакция якоря синхронной машины
- •Внешняя характеристика синхронного генератора
- •Электромагнитный момент синхронной машины
- •Электромагнитный момент синхронной машины
- •Угловая характеристика синхронной машины
Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
Принцип действия однофазного АД
С1
С2
М
Устройство однофазного АД:
- статор, в пазах которого уложена однофазная обмотка;
- короткозамкнутый ротор.
При включении в сеть МДС обмотки статора создает
пульсирующий магнитный поток, который можно разложить на два потока Фпр и Фобр, вращающихся в противоположные стороны с частотой nпр= nобр= n1.
Скольжение ротора относительно потока Фпр
S (n n ) S
пр 1 n1 2 ;
скольжение ротора относительно потока Фобр
Sобр n1 ( n2 ) 2n1 (n1 n2 ) 2 S. n1 n1
Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
Например, при n1 =1500 об/мин и n2 =1450 об/мин
Sпр=0,033 и Sобр=1,967, т.е. Sпр< Sобр
Следовательно, частота токов в роторе, наведенных прямым и обратными потоками f2обр >>f2пр, а индуктивное сопротивление обмотки ротора току
I2обр во много раз больше активного сопротивления.
Этот ток I2обр является почти чисто индуктивным и оказывает сильное
размагничивающее влияние на обратное поле Фобр и тогда M2обр << M2пр.
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В результате однофазный АД имеет |
||
|
|
|
|
Mпр |
|
|
|
вращающий момент M = M2пр - M2обр |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
График M = f(S) может быть получен |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наложением графиков Mпр = f(S) и |
||||
2 |
1,5 |
1 |
0,5 |
0 |
|
|
|||||||
S |
|
Mобр = f(S) |
|||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
||||||||||
|
При Sпр= Sобр=1 момент Mпр = Mобр |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Mобр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусковой момент однофазного АД |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
равен нулю |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
Для создания пускового момента необходимо во время пуска создать
вращающееся магнитное поле.
|
|
Пуск |
|
|
С1 |
|
|
IА |
А |
ФЭ |
|
|
С2 |
|
В |
|
|
|
|
|
М |
П2 |
П1 |
|
|
||
|
|
|
IВ |
С этой целью применяют пусковую обмотку В.
Обмотки А и В располагают на статоре
со смещением на 90 эл. градусов.
Токи в обмотках статора IА и IВ должны быть
сдвинуты по фазе на 900.
U1 |
|
|
В |
А |
А+ В=900 |
IВ |
|
IА |
Для этого в цепь пусковой обмотки включают
фазосмещающий элемент (чаще всего С).
После достижения частоты вращения близкой к номинальной пусковую обмотку отключают.
Асинхронные конденсаторные двигатели
На статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в пространстве на 90 эл. градусов.
Пуск
IА |
А |
Сраб. |
В
М
IВ
Главную обмотку А включают непо- средственно в сеть, а вспомога- тельную обмотку В включают в ту же сеть, но через конденсатор Сраб.
Спуск. Вспомогательная обмотка В
после пуска не отключается.
Таким образом, если однофазный АД работает с пульсирующей МДС статора, то
конденсаторный АД - с вращающейся МДС.
Емкость конденсатора Сраб, необходимая для |
С |
1,6 105 I |
A |
sin |
A , |
|||
получения кругового вращающегося поля |
|
|
|
|||||
раб |
f U k2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
wB kB |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
k wA kA |
- коэффициент трансформации. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для повышения пускового момента параллельно конденсатору Сраб включают пусковой. конденсатор Спуск, емкость которого рассчитывается из условия получения кругового поля при пуске двигателя.
|
|
Синхронные машины |
|
|
|||
|
Синхронной машиной называют такую машину переменного тока, частота |
||||||
вращения которой в установившемся режиме равна синхронной n |
60f / pи |
||||||
не зависит от нагрузки. |
|
|
|
1 |
1 |
||
|
|
|
|
|
|||
Применение: синхронные генераторы – в качестве источников электрической |
|||||||
энергии переменного тока на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях |
|||||||
|
Синхронные двигатели – в установках не требующих регулирования |
||||||
скорости, при мощности 100 кВт и выше (насосы, вентиляторы, компрессоры |
|||||||
и т.д.), а также в схемах |
автоматики и электробытовых приборах (СД с |
||||||
постоянными магнитами, индукторные, гистерезисные, шаговые и т.д.). |
|||||||
A |
B |
C |
|
Статор |
синхронной |
машины |
выполнен |
|
|
|
|
также как асинхронной: в пазах сердечника |
|||
|
|
|
|
статора расположена трехфазная обмотка |
|||
|
|
|
|
Обмотка ротора питается от постороннего |
|||
|
N |
|
+ |
источника постоянного тока через контакт- |
|||
|
|
ные кольца и щетки и называется обмоткой |
|||||
|
|
|
|
возбуждения. |
|
|
|
|
|
|
|
Она создает в синхронной машине основной |
|||
|
S |
|
- |
магнитный поток Ф0 |
|
|
|
|
|
|
Существуют две конструкции ротора: |
||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
явнополюсная и неявнополюсная |
Синхронные машины
При вращении ротора с частотой n1 поток Ф0 индуцирует в обмотках статора переменные ЭДС с частотой f1=p n1/60.
При подключении к обмотке статора нагрузки, в ней возникает ток, который создает вращающееся магнитное поле с частотой n1 =60f1/p.
Т.о. ротор вращается с такой же частотой, что и магнитное поле статора. Поэтому машину называют синхронной.
В синхронных машинах обмотку статора, в которой наводится ЭДС и проходит ток нагрузки, называют обмоткой якоря.
Часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения, называется индуктором. В синхронных машинах индуктор – ротор.
Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора с основным магнитным потоком Ф0 создает электромагнитный момент М, который
при работе синхронной машины генератором, является тормозящим моментом, а при работе двигателем вращающим.
Работа синхронного генератора при холостом ходе
C1 |
C2 |
C3 |
|
При х.х. ток статора |
I = 0 и магнитный поток |
|
|
V |
Е0 |
|
Ф0 создается только обмоткой возбуждения |
||
|
|
|
и направлен по оси |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полюсов ротора. |
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПД |
|
n1 |
+ |
|
А |
Iв |
|
|
S |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Е0 |
|
|
При вращении ротора поток Ф0 наводит в |
|
||||
|
|
|
||||
обмотке статора ЭДС |
E0 |
4,44 f1 w1kоб Ф0 . |
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
Характеристика холостого хода |
|
|
||||
E0 f ( Iв ). |
при I = 0 и n1=const. |
0 |
|
|||
|
|
|
|
|
Iв |
|
|
|
|
|
|
|
Реакция якоря синхронной машины
В машине, работающей под нагрузкой, т.е при токах статора I ≠ 0, магнитное поле создается не только МДС ротора, но и МДС токов статора
N
В |
n1 |
|
+ S +
+
Воздействие МДС якоря на магнитное поле ротора называют реакцией якоря.
В ненасыщенной машине в результате действия реакции якоря одна половина полюса размагничивается а другая – под- магничивается; кривая распределения маг-
нитной индукции В сдвигается навстречу направления вращения на угол , но
Ф остается
Внасыщенной машине размагничивающее действие реакции якоря под одной половиной полюса сказывается сильнее, чем подмагничивающее - под
другой половиной полюса. В результате снижается поток Ф, а, следовательно, и ЭДС, и электромагнитный момент.
При индуктивном характере тока нагрузки размагничивающее действие реакции якоря усиливается, а при достаточной емкостной нагрузке – реакция якоря оказывает подмагничивающее воздействие.
Внешняя характеристика синхронного генератора
Внешняя характеристика
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U1 f ( I1). |
|
|
|
C1 |
C2 |
V |
|
C3 |
|
при I |
в |
= const, cos = const и n1=const. |
||||
|
|
U1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
А1 |
|
U1 |
|
|
|
|
|
cos 1<1 |
|
|
|
|
|
U1о |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
(RC) |
||
|
|
|
|
|
U1н |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos 1=1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
А2 |
|
|
|
|
|
|
|
cos 1<1 |
|
|
|
Iв |
|
|
|
|
|
|
(RL) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
I1н |
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Относительное изменение напряжения |
U U1о U1н 100% |
|||||||||||
генератора при номинальном токе |
|
|
н |
|
U1н |
|
||||||
|
|
|
|
|
называют номинальным изменением напряжения.
Электромагнитный момент синхронной машины
Электромагнитный момент Мэм синхронной машины создается в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с основным магнитным потоком ротора Ф0
где 1 |
Мэм Рэм 1 , |
- угловая синхронная скорость вращения |
|
|
1 2 n1 60 2 f1 p. |
Электромагнитная мощность неявнополюсной синхронной машины
Рэм m1 U1 E0 sin , xc
где xc – синхронное индуктивное сопротивление обмотки статора Для явнополюсного синхронного генератора
Рэм |
m U E |
0 |
sin |
m U2 |
|
1 |
|
1 |
)sin2 , |
1 1 |
1 1 |
( |
|
|
|
||||
xd |
|
2 |
xq |
xd |
|||||
|
|
|
|
|
|
где xd и xq – синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной оси