Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект лекций.doc
Скачиваний:
57
Добавлен:
06.02.2016
Размер:
7.31 Mб
Скачать

Шестипроводная трехфазная система

По װ закону Кирхгоффа ().

Если к каждой фазе синхронного генератора подключить отдельный приемник, получим несвязную трехфазную систему, состоящих из трех однофазных участков цепи.

Четырехпроводная трехфазная цепь

Y - звезда с нейтральным проводом.

Несвязные системы не нашли применение вследствие больших расходов на металлы Al, Cu в проводах. Связав X, Y, Z – концы обмоток генератора с концами приемника x, y, z, получим четырехпроводную трехфазную систему, называющаяся звезда с нейтральным проводом. Провода, соединяющие начало обмоток генератора и приемника называются линейными A-a, B-b, C-c. Провод, соединяющий концы генератора и приемника называется нейтральным. Токи i, i, iназываются фазными, т.к. они протекают по фазам нагрузки.

I= I;

I=I, I=I, I=I.

Напряжение между двумя линейными проводами называется линейным (U, U, U- линейные напряжения).ן

Напряжение между линейным и нейтральным проводом называется фазным (U, U, U- фазные).

Взаимосвязь между фазными и линейными напряжениями

По װ закону Кирхгоффа

=U.

ן ן=ן ן.

I- закон Ома, где - полное сопротивление.

=- полное сопротивление фазы примника.

- сдвиг фаз между фазным током и фазным напряжением.

Ток нейтрального провода определяется по ן закону Кирхгоффа для точки n.

Типы приемников

  1. Симметричный.

- нагрузка равномерная.

- нагрузка однордная.

Нейтральный провод служит для выравнивания фазных напряжений на нагрузке. Сечение нейтрального провода значительно меньше линейных проводов. Нейтральный провод может отсутствовать.

  1. Несимметричный.

Если не выполняется хотя бы одно из двух условий: однородности или равномерности, то приемник несимметричный.

Отсутствие нейтрального провода обязательно.

3. Однофазный.

I; I;.

Трехпроводная трехфазная цепь

Y- звезда без нейтрального провода.

Использование данной схемы возможно только при условии включения симметричного приемника, в противном случае между точками N и n возникает напряжение смещения нейтрали , которое может вывести из строя фазы приемника.

UNn вызывает перекос фаз нессимитричного приемника, что приводит к его выхoду из строя.

Лекция 7. 3-х проводная 3-х фазная цепь. Треугольник ▲

UA, UB, UC – фазные напряжения на выходе генератора.

UAB, UBC, UCA – линейные напряжения.

Uab, Ubc, Uca – фазные напряжения на нагрузке.

iAX, iBY, iCZ – фазные токи генератора.

iA, iB, iC – линейные токи.

iab, ibc, ica – фазные токи на нагрузке.

1) Ūфг = Ūл = Ūфп

Ūфг – Фазное напряжение на генераторе.

Ūл – Линейное напряжение.

Ūфп – Фазное напряжение на приемники.

Для определения линейных токов iA, iB, iC воспользуемся первым законом Кирхгофа для узлов А, В, С, а также a, b, c

Узел А: - ĪA - ĪBY + ĪAX = 0

ĪA = ĪAX - ĪBY (iA = iAX - iBY)

Узел a: ĪBY + Īca - Īab = 0

ĪA = Īab - Īca

Узел B: -ĪB + ĪBY - ĪCZ = 0

ĪB = ĪBY - ĪCZ

Узел b: iB = ibc - iab

ĪB = ĪBC - ĪAB

Узел С: ĪC = ĪCZ - ĪAX

Узел c: Īc = Īca Ībc

ĪA = ĪAX - ĪBY

UN = Uф

Iф = Uф / Zф

φф = arctg ((X – X) / Rф)

Из уравнения (iA = iAX - iBY) получается линейный ток ĪA путем наложения двух фазных векторов тока ĪAB - ĪСА.

При симметричном приемнике фазные токи одинаковы и сдвиг фаз между ними 120˚

ĪA = Īca cos 30˚ + Īab cos 30˚ = Īca √3 / 2 + Īab √3 / 2 → Iл =√3Iф (симметричный приемник)

Мощность в 3-х фазной цепи.

Pобщ = PA + PB + PC – активная мощность потребляет всей трехфазной цепью.

Приемник симметричный PA = PB = PC; Pобщ = 3Pф.

Pф = UфIфcosφф =

Y: Uл = Uф√3 ; Iл=Iф

▲: Uл = Uф ; Iл=Iф√3

= I^U^√3cosφф

P = UлIл√3cosφф

Q = UлIл√3sinφф

S = UлIл√3

Измерение мощности в 3-х фазной цепи.

Пример для измерения мощности в 3-х фазных симметричных приемниках. В этом случае мощность измеренная в фазе А будет равна мощностям в фазах В и С.

Pобщ = 3PA

Каталожные данные 3-х фазных приемников

Y/▲: Uлин.нам.Y/U лин.нам.▲;

I лин.нам.Y/I лин.нам.▲; cosφ нам.

Пример: Y/▲: 660.360В; 10/17,1A; 0,78.

RYнам = U лин.нам.Y√3 ; I лин.нам.Y cosφ нам.

QYнам = PYнам tg φ ном. ;S = √( P2Yнам +Q2Yнам );

IфY = IлинY ;UфY = UлинY/√3; Zф = UфY/IфY

Расчет для ▲самостоятельно.

Лекция 8. Магнитные цепи.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

Магнитные цепи – совокупность устройств содержащий ферромагнитные тела и предназначены для магнитных полей требуемой величины и конфигурации.

Включает в себя:

- намагниченную катушку с числом витков ∆w преднозначеные для создания магнитного поля при протекании тока I.

- феромагнетический сердечник(магнита провод) за счет намагничиваемости усиливает магнитное поле служит для уменьшения электрической мощности намагничиваемой катушки.

- воздушный зазор (L) может быть рабочим, когда в нем создается определенное магнитное поле (возникает при сборки магнитной цепи).

Магнитное поле всегда создается всегда электрическими токами. Способность создавать магнитное поле оценивается магнита движущей силой F=I*W; (А)

Интенсивность и направленность магнитного поля определяет вектор магнитной индукции (Тл) направлены по касательной к силовой линии магнитного поля в данной точке.

Напряженность магнитного поля Н(А/м) оценивает влияния материала на магнитное поле Н=B/μμ; μ=4П*10константа, магнитная проницаемость вакуума.

μ-относительная магнитная проницаемость.

μ=1

μ>>>1

Поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность S-называется магнитный поток Ф=В* S

Магнитные свойства материала принято описывать с помощью кривой намагничивания.

-достаточная магнитная индукция

-коэрцитивная сила.

Цикл перемагничивания стали характеризует петли гистерезиса

Свойство

Площадь петли гистерезиса определяет потери на нагрев материала при циклическом перемагничивании. В электротехнических устройствах применяют специальные марки стали с малыми значениями и.

Классификация магнитных цепей

1.цепи переменного тока и постоянного тока

2.разветвленные и не разветвленные магнитные цепи

3.однородные и не однородные цепи

Однородной магнитной цепью называют цепь у которой напряженность магнитного поля на любом ее участке одинакова, что возможно, если сечение магнитной цепи постоянное, и материал магнитной цепи однородный

Магнитный поток создаваемой катушки делится на две составляющие:

Ф

ФФ

Основной магнитный поток, Магнитный поток рассеяния,

который замыкается по сердечнику который замыкается сердечник

через воздух и с цеплен с витками катушки

Закон полного тока для магнитной цепи.

Интеграл вектора напряженности вдоль замкнутого контура магнитной цепи равно полному току (алгебраической сумме токов охватываемого этим контуром)

∫ H dl =IW=F

Контур рассматривается по средней линии магнитного потока. При расчете цепи разбиваем ее на однородные участки цепи в которых напряженность постоянна

(1)

Поскольку рассмотренная цепь не разветвляется , следовательно магнитный поток в любом сечении магнитной цепи одинаковый.

Φ = const

Если магнитный поток одинаковый, значит

;

(А м)

Преобразуем уравнение (1) к виду

Ф

RR

R- не линейная и зависит от листа расположения на кривой намагничивания

R- константа в виде линейного сопротивления.

Аналогия с электрическими цепями.

Закон Ома для магнитной цепи

Ф=

Поскольку сопротивление воздушного зазора Rпроявляется в большей степени. Таким образом, при увеличении длины воздушного зазора магнитное сопротивление Rувеличивается вплоть до пренебрежения магнитным сопротивлениемФ=

Идеальная катушка с сердечником в цепи переменного тока.

- сопротивление провода катушки.

Идеальная катушка (=0, Ф=0)

Катушка рассчитана на включения в цепь переменного тока, однако также может быть включена в постоянный ток

(

Принцип действия.

Переменный ток создает переменное магнитное поле, которое индуцирует в витках катушки ЭДС – самоиндукции, которая при отсутствии активного сопротивления уравнивает напряжения источника, т.е. U = E – действующие значения.

U= e =

Ф

Ф= Ф

Ф=

- число витков

Ф- амплитуда магнитного потока

f-частота

хотя магнитное поле создается током, закон его изменения определяется приложенным к зажимам катушки напряжением.

Магнитный поток тоже синусоидальный и отстает от напряжения на угол

Основные свойства магнитного потока

Каждому значению напряжений материалов на переменном токе определяет с помощью вольтамперных характеристик.

Потери на нагрев сердечника, состоит из двух частей

  1. потери на перемагничивании определяются площадью петли гестезиса. Для их снижение используют специальные электротехнические стали.

  2. нагрев индукционными токами Фуко для уменьшения потерь сердечник выполняет не сплошным, а, наоборот, из большого числа пластин изолированных друг от друга этим достигает увеличение сопротивления током Фуко и соответственно уменьшение потерь.

Лекция 9. Трансформатор

Устройство однофазного Электромагнитная схема идеального

трансформатора трансформатора

Трансформатор – это статическое устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения к другому, при неизменной частоте и форме.

Устройство и принцип действия

Состоит из:

  1. Сердечника (магнитопровода)

  2. Двух катушек обмоток, первая из которых числом витков W1, подключается к источнику и называется первичной, вторая с числом витковW2, служит для подключения нагрузки и называется вторичной.

Сердечник, шихтованный из отдельных изолированных друг от друга пластин толщиною 0,1- 0,3 мм, служащий для снижения потерь на индуктивный нагрев. Первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга электрически и связь между ними обеспечивается магнитными полями.

Принцип действия основывается на действии электромагнитной индукции

e= -

-поток сцепления.

Под действием переменного напряжения u в первичной цепи возникает ток i, который возбуждает переменный магнитный поток в сердечнике.

Переменное магнитное поле индуцирует в первичной обмотке. e1 – едс самоиндукции и e2 – эдс взаимной индукции.

u1i1

e1 e2

Если к первичной обмотке подключить нагрузку, под действием i2 ,будет создаваться поток, направленный в сторону, противоположную магнитному потоку, создаваемому в первой цепи.

Холостой ход идеального трансформатора

Магнитный поток, создаваемый током первичной и вторичной обмоток включает две составляющие:

  • Основной магнитный поток

  • Поток рассеяние

Основной магнитный поток замыкается в сердечнике, а токи рассеяния сцеплены только с витками обмотки и замыкается, минуя сердечник.

У идеального трансформатора пренебрегают потоками рассеивания и активным сопротивлением первичной и вторичной обмотки.

Холостой ход идеального трансформатора

расс1 =расс2 = 0

R1 = R2 = 0

Холостой ход Q разомкнутI2 = 0

В режиме х.х. в первичной обмотке протекает ток I1х.х = (0.05- 0,1) I1ном. . Этот ток реактивный (намагничивающий) обеспечивает создание магнитного поля, при этом в первичной цепи образуется эдс.

E1 =4,44 W1fm

Во вторичной:

E2 =4,44 W2fm

Коэффициент трансформации

Коэффициент определяется отношением напряжения первичной цепи трансформатора U1 к напряжению во вторичной цепи трансформатора U2 :

n = -конструктивный коэффициент трансформатора определяется числом витков обмоток трансформатора.

Если n >1, то трансформатор называется понижающим.

Если n<1, то трансформатор – повышающий.

Один и тот же трансформатор можно использовать как повышающий, так и понижающий.

Понижающий можно использовать, как повышающий, при условии, что напряжения и токи не превысят их номинальных значений.

Работа под нагрузкой

Q – замкнут.

I2 = - закон Ома.

Ток I2 является размагничивающим по отношению к основному магнитному потоку.

В соответствии с основным свойством магнитного потока, при неизменном напряжении U1, магнитный поток будет постоянным.

Х.х: F = I1xxW1

Под нагрузкой: F = I1W1 - I2W2 = I1xxW1

Ток в первичной цепи:

При появлении тока нагрузки I2, ток I1 автоматически увеличивается на величину (n – коэффициент трансформации), компенсируя тем самым размагничивающее действие тока I2.

Реальный трансформатор

Наличие сопротивлений (активных и реактивных) в обмотках трансформатора обуславливает снижение напряжения во вторичной обмотке трансформатора с увеличением нагрузки. Этот процесс отображает внешняя характеристика трансформатора.

- КПД трансформатора

P2 = U2I2cos- активная мощность, отдаваемая в нагрузку.

S2

Трансформатор является преобразователем электроэнергии. Тогда, если пренебречь потерями в трансформаторе, то S1 = S2, где S1 = U1I1, S2 = U2I2

n =

В паспорте трансформатора задается полная мощность

S=U2номI2ном

Коэффициент загрузки трансформатора – отношение мощности текущей к его паспортной мощности:

P2 = S2НОМ cos- активная мощность, потребляемая нагрузкой.

P1 = P2 +P – активная мощность в первичной цепи трансформатора.

- потери трансформатора, состоящие из - потери в меди и из- потери в стали трансформатора.

В паспорте трансформатора задается значение

- потери в меди при номинальной нагрузке.

- КПД под нагрузкой.

1

Условные обозначения на схемах

Двухпроводная схема для Однопроводная схема для высоких

катушки напряжений напряжений

Лекция 10. Трансформаторы в трехфазных цепях

Рис.2

На рисунках трехфазная трансформатора имеет 3 отдельных сердечника с несвязанными магнитными цепями, в каждом из которых замыкается свой магнитный поток. Можно магнитные цепи объединить вместе, что позволит сэкономить материал, в результате, мы получим трехфазный трехстержневой трансформатор.

Каждая первичная обмотка оказывается под своим фазным напряжением U1A , U1B , U1C . Под их действием в магнитопроводе возникают магнитные потоки, сдвинутые на угол 120 (подобно фазным напряжениям). В первичных обмотках магнитные потоки вызывают ЭДС самоиндукции, во вторичных – НДС взаимной индукции (120). Соединив вторичные обмотки в звезду с нейтральным проводом, получим вторичную трехфазную четырехпроводную цепь, для которой вторичная обмотка является источником.

Обмотки трансформатора можно соединять 4-мя способами: «Y ⁄Y», «Y⁄Δ», «Δ/Δ», «Δ/ Y».

Y ⁄Y

Δ/Δ

На паспорте:

Y ⁄Y: 660⁄220 В

==

U1Ф =380 В;127 В.

Один и тот же трансформатор при изменении схемы соединения первичной обмотки можно подключать к сети с разным линейным напряжением.

Первичная цепь

Y: =660 В;

Δ: = U1Ф =380 В.

Изменяя схему соединения вторичной обмотки так же можно получить два разных напряжения (используется при регулировании мощности).

фазный коэффициент трансформации.

линейный коэффициент трансформации.

Автотрансфоматоры.

Автотрансформатором называется трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения. Электрическая схема автотрансформатора приведена на рис.1. Автотрансформатор может быть повышающим (рис.1,а) и понижающим (рис.1,б).

Рис.1.

К первичной обмотке, имеющей w1 витков, подводится напряжение U1. Напряжение U2 снимается с части витков w2 первичной обмотки. Обмотка автотрансформатора, так же как и у обычного трансформатора расположена на стальном замкнутом магнитопроводе.

Основные выражения, выведенные для трансформаторов, справедливы и для автотрансформатора.

При нагрузке можно приближенно считать отношения токов

(1)

Так как первичный и вторичный токи сдвинуты по фазе почти на 1800, то по общей части обмотки (нижняя часть обмотки на рис.1,а) будет протекать разность токов

(2).

Это позволяет выполнить общую часть обмотки меньшего сечения по сравнению со вторичной обмоткой обычного трансформатора. Выгода получается тем больше, чем ближе коэффициент трансформации к единице.

Уменьшение объема обмоток определяет также и уменьшение массы стали. Кроме того, автотрансформаторы имеют меньшие потери по сравнению с трансформаторами.

Экономия обмоточной меди и стали, а также увеличение к.п.д. являются преимуществом автотрансформаторов.

Недостатком автотрансформатора является то, что здесь вторичная цепь оказывается электрически соединенной с первичной цепью. Она должна иметь такую же изоляцию по отношению к земле, как и первичная цепь. Это обстоятельство заставляет выбирать значение коэффициента трансформации автотрансформатора при высоких напряжениях не выше 2—2,5.

Трехфазные автотрансформаторы выполняются подобно трехфазным трансформаторам (рис.2). Для трансформации трехфазного тока могут использоваться группа из трех однофазных автотрансформаторов.

Рис. 2. Схема трехфазного автотрансформатора.

 Автотрансформаторы находят себе применение в качестве пусковых для пуска больших синхронных двигателей и короткозамкнутых асинхронных двигателей, для осветительных установок (для дуговых ламп переменного тока), для связи сетей с напряжениями, мало отличающимися одно от другого. В последнем случае трехфазные автотрансформаторы снабжаются еще одной обмоткой, соединенной треугольником, для подавления третьей гармоники в кривых магнитных потоках и, следовательно, в кривых фазных э.д.с.

Автотрансформаторы выполняются также с устройством, позволяющим плавно регулировать их вторичное на­пряжение. Регулирование напряжения осуществляется путем изменения числа витков обмотки при помощи специальных переключателей или контакта, перемещаемого непосредственно по обмотке, очищенной с одной стороны от изоляции.

Измерительные трансформаторы.

  1. Трансформаторы напряжения.

Трансформаторы напряжения (ТН на рис.1) служат для понижения напряжения (обычно до 100 — 150 В), так как вольтметры и катушки напряжения ваттметров и счетчиков (или реле) не могут быть включены непосредственна на высокое напряжение из-за недостаточной изоляции измерительных приборов и необходимости обеспечить безопасность обслуживающего персонала.

Рис.1. Схема включения трансформаторов напряжения (ТН) и тока (ТТ).

 Они выполняются как двухобмоточные трансформаторы и электрически отделяют цепь приборов от цепи высокого напряжения; их вторичная цепь надежно заземляется.

По принципу действия трансформаторы напряжения не отличаются от ранее рассмотренных двухобмоточных трансформаторов, работающих в режиме близком к режиму холостого хода. При расчете трансформатора напряжения и его выполнении стремятся к тому, чтобы погрешности, вносимые им в измерения, были как можно меньше. Расчеты показывают, что погрешности тем меньше чем меньше сопротивление обмоток электроизмерительных приборов, подключаемых к трансформатору напряжения.

Номинальные мощности трансформаторов напряжения лежат примерно в пределах 25 — 300 ВА. Они обычно могут быть длительно нагружены по условиям нагрева до мощности, в 5 — 8 раз превышающей номинальную.

  1. Трансформаторы тока.

Трансформаторы тока (ТT на рис.1) также выполняются в виде двухобмоточных трансформаторов. Их первичная обмотка включается в цепь последовательно с потребителями, ток которых надо измерить; во вторичную обмотку включаются амперметр, реле, а при измерении мощности и энергии — токовые катушки ваттметра и счетчика. Все приборы во вторичной цепи соединяются последовательно.

При помощи трансформатора тока цепь приборов электрически отделяется от первичной цепи и вторичная обмотка надежно заземляется, что необходимо, если первичная обмотка включается в цепь высокого напряжения.

Отношение токов трансформатора тока практически равно обратному отношению чисел витков:. Последнее обычно подбирается таким образом, чтобы при номинальном первичном токеI номинальный вторичный ток был равен 5 или 1 А. При больших значениях I часто выбирается w1 = l. Получается в этом случае одновитковый трансформатор тока. Здесь первичной обмоткой служит шина (или круглый проводник), которая проходит внутри сердечника; на сердечнике помещается вторичная обмотка с числом витков w2.

Первичные номинальные токи стандартизованы в пределах 5 15000 А. Вторичные номинальные токи имеют два стандартных значения: 5 и 1 А. При токе 5 А общее сопротивление нагрузки колеблется в пределах 0,22 Ом, а при токе I А — 530 Ом.

Трансформаторы тока должны быть механически достаточно прочными, чтобы выдержать электродинамические воздействия, возникающие при аварийном повышении первичного тока.

Особенностью трансформатора тока в отличие от трансформатора напряжения является то, что его магнитный поток при неизменном токе в первичной обмотке и переменном сопротивлении нагрузки будет изменяться. При большом сопротивлении нагрузки магнитный поток трансформатора тока может возраст до чрезмерного значения. Режим работы при разомкнутой вторичной обмотки следует считать аварийным, так как при этом магнитный поток и индукция в сердечнике будут иметь наибольшие значения, что приведет не только к большому увеличению магнитных потерь и, следовательно, нагреву трансформатора, но и к значительному возрастанию напряжения на разомкнутых зажимах вторичной обмотки. В этом, случае магнитный поток будет создаваться только током I1 (при отсутствии размагничивающего вторичного тока I2) и напряжение вторичной обмотки может достигнуть опасных значений. Следует здесь учитывать, что опасным является максимальное значение напряжения, а оно вследствие уплощения кривой потока может значительно возрасти: например, у многовитковых трансформаторов тока отношение максимального напряжения к действующему часто получается равным 22,5, а некак при синусоидальной кривой напряжения.

Кроме того, намагничивание сердечника трансформатора тока в режиме разомкнутой вторичной обмотки при последующем его использовании из-за остаточного магнетизма может давать большие погрешности в измерениях, не соответствующие его калибровочным кривым.

Лекция 11. Электрические машины

Электрические машины предназначены для преобразования электрической энергии в механическую (двигатель), и наоборот, механическую энергию в электрическую (генератор).

Принцип действия электрических машин основан на использовании двух явлений:

  1. Явление электромагнитной индукции. Заключается в наведении ЭДС в проводнике при движении его в магнитном поле (движется поле или проводник – все равно).

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки, и касается оно генератора.

e=B*U*l, где U – линейная скорость движения поля или проводника, l – длина проводника.

  1. Электромеханическое взаимодействие проводника с током в магнитном поле.

B*I*l

Электромагнитная сила определяется по правилу левой руки. Данное явление касается двигателя.

Для электрических машин характерен принцип обратимости, т.е. любой генератор можно использовать как двигатель.

Асинхронные машины

Асинхронные машины – это машины переменного тока, которые в основном применяются в качестве двигателя.

Положительные черты:

- Наивысший коэффициент полезного действия.

- Простота конструкции.

- Высокая надежность.

- Низкие массогабаритные свойства.

Отрицательные черты:

- Сложность в регулировании частоты вращения.

Трехфазные асинхронные двигатели достигают мощностей 5 МВт. Если мощность АД< 1 кВт, его выполняют и однофазным.

Работа АД основана на использовании вращающегося магнитного поля.

Если =-.

За счет поочередного наступления максимумов тока а так же сдвига катушек в проводнике образуется результирующее магнитное поле постоянной величины, вращающееся на плоскости.

Особенности вращающегося магнитного поля

  1. Поле эквивалентно полю вращающегося двухполюсного магнита с полюсами S и N.

  2. Частота вращения поля обозначается , [об/мин] и зависит от числа (частота) и пар полюсов р.

  3. Вращение поля происходит в направлении чередования тока в обмотках статора.

  4. Изменение направления вращения поля требует изменения порядка следования токов в катушках (поменять местами две любые фазы). Т. о. производится риверс в асинхронном двигателе.

Устройство трехфазных асинхронных двигателей. Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор (рис. 8.7) состоит из шихтованного магнитопровода (2), запрессованного в литую станину (1) . На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки (3). Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Начала и концы обмоток выводятся на наружную сторону станины, на клемную коробку. Начала фазных обмоток статора обозначаются заглавными буквами С1, С2, и С3, а концы соответствующих фаз буквами С4, С5 и С6.

Рис 8.7. Рис.8.8.

Фазы обмотки можно соединить по схеме ''звезда'' или "треугольник" в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют "звездой". Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в "треугольник". В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали (рис. 8.8) и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные, фазные иногда называются с контактными кольцами.

В микромашинах и машинах малой мощности чаще всего применяют короткозамкнутые роторы. В пазах таких роторов располагаются медные или алюминиевые стержни (2), соединяющиеся с торцов короткозамыкающими кольцами (1) и (3). Таким образом, обмотка короткозамкнутого ротора имеет вид беличьей клетки (рис. 8.9).

В асинхронных машинах большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы (рис. 8.10). В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов. Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные и пусковые реостаты (5).

Рис.8.9 Рис.8.10.

На рисунках 8.11 и 8.12 показаны в разобранном виде двигатели- короткозамкнутый и с контактными кольцами.

Рис. 8.11. Асинхронный двигатель короткозамкнутым ротором в разобранном виде. а — статор; 6 — ротор; в — подшипниковые щиты; г — вентилятор; д — отверстия для входа и выхода охлаждающего воздуха; е — коробка, прикрывающая зажимы.

Рис. 8.12. Асинхронный двигатель с контактными кольцами в разобранном виде. а — статор; 6 — ротор; в — подшипниковые щиты; г — вентилятор; д — отверстия для входа и выхода охлаждающего воздуха; е — коробка, прикрывающая зажимы; ж — контактные кольца, з—щеткодержатели и щетки

Лекция 12.Принцип действия АД с к.з. ротором

В асинхронном двигателе обмотка статора играет роль обмотки возбуждения магнитного поля. После включения обмотки статора в сеть переменного тока протекающий в ней ток создает вращающееся магнитное поле с частотой .

Магнитный поток замыкается через статор, воздушный зазор и ротор. Пересекает проводники статора и ротора, индуцируя в них НДС: в статоре – НДС самоиндукции, в роторе – НДС взаимоиндукции (подобно первичной и вторичной обмотке в трансформаторе).

Через пол оборота направление изменяется на противоположное. Следовательно, направления НДС переменные во времени.

Реальная обмотка каждой фазы распределена по соседним фазам, поэтому максимальная ЭДС в витках наступает не одновременно, а со сдвигом фаз.

Для АД с к.з. ротором обмотка ротора замкнута накоротко, поэтому ЭДС взаимной индукции вызывает ток в обмотке ротора.

На проводники ротора с током, находящимся во вращающемся магнитном поле, действуют электромагнитные силы .

Совокупность всех сил проводников ротора создает электромагнитный момент , его направление совпадает с направлением вращающегося поля.

Если вращающийся момент АД больше момента сопротивления рабочей машины, ротор начинает вращаться в сторону вращения поля по закону JΣ/9.55 , где Мс - момент сопротивления; Iсум - суммарный момент инерции механизма; n – частота вращения ротора.

Чем больше частота вращения ротора n, тем медленнее поля относительно ротора.

Δn=

s=скольжения.

Δn =>s=0

n=>s=1

Поведение двигателя описывается его характеристикой: механической и электромеханической.

Электромеханическая характеристика – это зависимость потребляемого тока, а d(ток статора от частоты скольжения).

- ток потребляемый, а d при n=0

- номинальный ток статора при (n=n, М=М)

- намагничивающий ток статора в режиме идеального холостого хода

При разгоне ток статора уменьшается. При пуске ток, а d характеризуется кратностью пускового тока к току номинального. Механическая характеристика – это зависимость частоты вращения ротора (скольжения) от момента двигателя. Характерные точки точка а – идеальный холостой ход (частота вращения поля n=n, точка b номинальный режим работы (;M=0;S=0), точка с – максимальный или критический момент (М=М, точка d (начало пуска) точкой пускового момента (n=0;s=1;m=m

Механическая характеристика а d описывается двумя параметрами - кратность пускового момента перезагрузочная способность двигателя или кратность максимального момента, если в момент пуска сопротивления меньше момента двигателя, двигатель начинает ускоряться производная больше 0 => n возрастает при этом ток Iуменьшается, момент двигателя сначала увеличивается, потом уменьшается до момента сопротивления. Разность МЧасть характеристики от точки, а до точки с называется устойчивой частью (рабочая ветвь), точка с до точки d – не устойчивая (пусковая ветвь). Механическая характеристика описывается формулой Клосса

s- Критическое скольжение (const); s-скольжение (var)

Коэффициент полезного действия P=механическая мощность (отдаваемая мощность двигателя) Р=3- электрическая мощность мощности потребляемая а d из сети номинальная активная мощность = Р

Р- номинальная механическая (отдаваемая) мощность

f- Частота сети,КПД,коэффициент мощности номинальный.

КП – каталожные данные двигателя. По этим данны м можно определить Р

Р=- потребляемая активная мощность из сети.

S- Потребляемая полная мощность а d из сети.

- Потребляемая реактивная мощность из сети.

- номинальная частота вращения ротора а d.

По каталожным данным также можно построить механическую характеристику S

Лекция 13. Электрические машины постоянного тока (МПТ)

Это машины преобразующие энергию источники постоянного тока в механическую и наоборот. К преимуществам относят "+", возможность с помощью относительно простых устройств обеспечивает плавные регулирования частоты вращения ротора. Недостатки, наличие щеточно коллекторного узла, который может искрить, отсюда низкая надежность.

Принцип действия основан на движении рамки в магнитном поле создаваемого большими полюсами N и S, расположенными на статоре. При подачи на счетчик щи щнапряжение постоянного тока от источника А через рамку В, С, Д, Е расположенную на якоре (роторе) машины МПТ от точки в к точки е, протекает ток iпроводника, следовательно на проводник с током в магнитном поле действуют электромагнитные силысовокупность создают электромагнитный вращающей момент при условиирабочей машины РМ рамка начинает вращаться (груз поднимается). При вращения якоря в рамке наводятся ЭДС, направленные в сторону противоположную движения тока.

УСТРОЙСТВО МПТ (МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА)

Машина постоянного тока конструктивно состоит из неподвижной части - статора и вращающейся - ротора. Статор имеет станину, на внутренней поверхности которой крепятся магнитные полюсы с обмотками (рис. 7.1.6).

Ротор машины чаще называется якорем. Он состоит из вала, цилиндрического сердечника, обмотки и коллектора (рис. 7.1.7).

Магнитные полюсы и сердечник якоря набираются из отдельных листов электротехнической стали. Листы покрываются изолированной бумагой или лаком для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи. Коллектор набирают из медных пластин, имеющих сложную форму (рис. 7.1.8). Пластины друг от друга изолированы специальной теплостойкой прокладкой. Такая же изоляция имеется между коллектором и валом двигателя. Набор коллекторных пластин образует, цилиндр-коллектор.

К внешней поверхности коллектора прилегают токосъемные щетки, которые выполнены из спрессованного медного и угольного порошка. Щетка помещается в металлическую обойму и прижимается к коллектору пружинами (рис. 7.1.9).

ДПТ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО (НЕЗАВИСИМОГО) ВОЗБУЖДЕНИЯ

Обмотки, возбуждая подключение параллельно к якорной цепи, в которую входит пусковое сопротивление (Rn) и якорь (зажим Я1 и Я2). В обмотке возбуждения (ш - шутовая) Ш1 и Ш2 протекает ток возбуждения Iв. Создающий шаг потока на больших полюсах статора МПТ. В обмотке якоря протекает ток Iя , который вместе с током возбуждения образует потребляемый ток источника:

Ic = Iя + I в

При неподвижном якоре скорость вращения равна нулю (n=0)? Следовательно, ЭДС (Ея=0) тоже равно нулю. Поэтому для ограничения и Iя последовательно с ним, включая добавочное пусковое сопротивление Rn

Iя пуск = И / Rя + Rn

Rя = 0,1 (Ом) – внешнее сопротивление якоря.

При наличии магнитного потока φ, якорь начинает вращение n ≠ 0, следовательно Ея тоже ≠ 0.

Iя = (И – Ея) / (Rя + Rn)

Мэ – Мс = I / 9,55 * dn / dt, где

I – момент инерции постоянного тока.

У двигателя НВ связывает частоту вращения n и момент М (механические характеристики) имеют следующий вид:

Механические характеристики при наличии напряжения сети И и тока возбуждения, а также отсутствие добавочного сопротивления в цепи якоря Rn называют естественной (прямая 1).

Она может строиться по любым двум точкам, так как Мэ = Мс, для определения устанавливается частота вращения якоря, через точку заданную Мс = Мном нужно провести вертикаль до пересечения и определить частоту вращения n ном. С увеличением момента сопротивления частота будет уменьшаться. Уменьшение частоты на естественной механической характеристике небольшое и составляет 3 – 5 %.

Механическую характеристику при наличии добавочных сопротивлений в цепи якоря называют искусственными или реостатными (прямые 2 и 3).

Точка n0 соответствует идеальному ХХ и является общей для всех реостатных характеристик. Чем больше Rn,тем больше наклон механической характеристики или ее плоскости.

Каталожные ДАННЫЕ МПТ

Pном=М*n/9,55 для ДПТ

Pном=Uном*Iном

Uном,Iном

ήном,nном

МОЩНОСТЬ,ПОТРЕБЛЯЕМАЯ МПТ

Pном=Pномном=Pном +∆Pном

∆Pном - суммарные потери МПТ в номинальном режиме работы. Состоит из потерь в обмотке воздействия, активных потерь в цепи якоря, механических потерь в подшипнике и механических добавлений потерь.

Мном=9,55 *Pном/nном

Лекция 14. ЭЛЕКТРОНИКА

Область науки и техники, охватывающая изучение и применение электронных и ионных процессов (протекает в газах, жидкостях и твердых телах) , а так же на их границах.