Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
lekcii mashini / Машины переменного тока / Синхронные машины.ppt
Скачиваний:
138
Добавлен:
10.04.2015
Размер:
252.42 Кб
Скачать

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

 

 

 

 

 

 

результирующий магнитный поток
неизменным.

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

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1

 

 

 

 

 

(RC)

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos 1=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

А2

 

 

 

 

 

 

 

cos 1<1

 

 

Iв

 

 

 

 

 

 

(RL)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

I

I1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Относительное изменение напряжения

U UU100%

генератора при номинальном токе

 

 

н

 

U

 

 

 

 

 

 

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