- •Принцип выполнения обмоток машин переменного тока.
- •Эдс обмоток машин переменного тока.
- •2 Лекция.
- •3 Лекция.
- •Зубцовые гармоники.
- •Магнитодвижущая сила обмоток машин переменного тока.
- •4 Лекция.
- •Мдс катушки.
- •Мдс группы катушек.
- •5 Лекция.
- •6 Лекция.
- •Асинхронные машины.
- •7 Лекция.
- •8 Лекция.
- •Обмотки машин постоянного тока:
- •Эдс обмотки кольцевого якоря.
- •Расчет магнитной цепи машин.
- •1,12….1,25- Коэффициент рассеяния главных полюсов.
- •Реакция якоря.
- •Количественный расчет мдс якоря.
- •Основные характеристики генератора.
- •Генератор параллельного возбуждения.
- •Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока.
- •Коммутация машин постоянного тока.
- •Специальные машины постоянного тока.
8 Лекция.
Из Г- образной схемы замещения:
Максимальный электромагнитный момент:
Для того, чтобы найти необходимо в формулу момента подставить скольжение. Скольжение, соответствующее максимальному электромагнитному моменту может быть найдено по условию:
Из полученного выражения следует, что не зависит от , отношение называется коэффициентом перегрузочной способности электрической машины. У больших асинхронных машин он больше 2.
Пусковой момент асинхронного двигателя.
Пусковой момент – это магнитный момент при
зависит от активного сопротивления ротора.
- кратность пускового момента, не меньше 0,7.
Как будет изменятся при увеличении ?
Включение сопротивления в цепь ротора приводит к увеличению пускового момента.
Рассмотрим, как влияет частота питающей сети на кривую момента:
Из анализа формулы следует, что с уменьшением частоты питающей сети будет уменьшаться. В связи с этим произведенным анализом:
Методы пуска асинхронных машин.
Прямой пуск – когда двигатель непосредственно подключен к сети.
Достоинство – быстрый набор скорости, однако пусковые токи достигают 4 номинала, что может привести к недопустимому снижению напряжения.
2. При пониженном напряжении он распадается на три случая:
- реактивный пуск;
- автотрансформаторный пуск;
- переключение соединения обмоток .
Как видно из формулы момента: и максимальный и пусковой момент зависят от квадрата тока.
9 лекция.
3.Пуск с помощью включения активного сопротивления в цепь ротора. Этот способ применяется для пуска асинхронных двигателей с фазным ротором.
Переходим на сопротивление :
т. в – новый режим.
Таким образом, ступенчатая кривая характеризует процесс пуска при выключении сопротивлений включенных в цепь.
Что будет с пусковым током?
-это хорошо.
Ток в этом случае уменьшается.
активная составляющая тока.
Из формулы тока видно, что включение добавочного сопротивления приводит к уменьшению общего тока , но электромагнитный момент создается электромагнитной составляющей тока, который при повышении сопротивления ротора увеличивается.
Короткозамкнутые двигатели с увеличенными характеристиками.
Двухклеточные двигатели – это двигатели, которые имеют две клетки с разным активным сопротивлением. Верхняя – пусковая, нижняя – рабочая.
При прохождении тока вокруг клеток, будут возникать поля рассеяния . При одинаковых токах
В начальный момент времени в связи с тем, что скольжение имеет наибольшее значение, ток будет протекать по верхней пусковой клетке и она будет обеспечивать электромагнитный момент.
По мере разгона двигателя, скольжение будет изменяться, что приведет к перераспределению тока (за счет изменения скольжения) и момент будет создаваться нижней рабочей клеткой.
Т.е запуск двигателя идет практически при постоянном максимальном моменте.
КПД у этих двигателей такое же, как у двигателей нормального исполнения, ниже, за счет повышенных полей рассеяния, плохое использование меди верхней обмотки.
Глубокопазный двигатель.
Глубокопазный двигатель – это двигатель, у которого
Искусственно разделили проводники.
Поскольку по проводнику протекает переменный ток, в нем будет индуктироваться ЭДС рассеяния.
потокосцепление проводника.
И з рисунка видно:
ЭДС рассеяния находится в противофазе с рабочей ЭДС .
- плотность тока.
Под действием ЭДС рассеяния ток будет вытесняться в верхнюю часть проводника и в пределе можно считать, что ток будет проходить только по верхней части проводников, т.е сечение проводников уменьшается, это приводит к увеличению его активного сопротивления, а индуктивное сопротивление уменьшается.
По мере разгона машины эффект вытеснения значительно уменьшается и, следовательно, происходит уменьшение активного сопротивления (ЭДС рассеяния зависит от частоты, а частота зависит от скорости ротора – скорость увеличивается, частота уменьшается, ЭДС уменьшается). Поскольку у этих двигателей критическое скольжение по мере пуска максимального момента плавно перемещается в сторону малых скольжений и, следовательно, пуск проходит практически при максимальном пусковом моменте.
Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей.
Скорость двигателя может регулироваться, путем изменения частоты питающей сети.
Для того, чтобы КПД, , перегрузочная способность до и после регулировки оставались постоянными, необходимо вместе с частотой регулировать напряжение и момент
10 лекция.
2. За счет включения активного сопротивления в цепь якоря у двигателя с фазным ротором.
Недостаток: КПД понижается, диапазон регулирования зависит от тормозного момента (от нагрузки).
3. Изменение напряжения питающей сети.
Недостаток: малый диапазон регулирования.
4. Изменение числа пар полюсов.
Для изменения числа пар полюсов, необходимо взять обмотку, у которой фаза состоит из двух частей, имея направление тока в одной из них , мы изменяем число пар полюсов.
Существуют двух, трех, четырех скоростные двигатели. У двух скоростных двигателей имеется обмотка с переключением пар полюсов. У трех и четырех скоростных двигателей имеются две обмотки, уложенные в те же самые пазы, у трехскоростном двигателе одна обмотка с регулировкой пор полюсов, другая без регулировки.
В случае четырехскоростного двигателя, регулирование идет в обеих обмотках.
Этот способ применяется только в двигателях с короткозамкнутым ротором, т.к пришлось бы менять число пар полюсов и у ротора.
5. Наиболее распространенная промышленная система – это переключение со звезды на двойную звезду.
6. Импульсное регулирование.
Напряжение на обмотки подается в виде импульсов, меняя соотношение длительности паузы и включенного состояния, достигается необходимая частота вращения.
7. Путем введения добавочной ЭДС в цепь ротора.
Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях.
Частота сети может отклонятся от номинального значения, напряжение так же может откланяться от номинального значения и , если момент со стороны механизмов остается номинальным, то эти отклонения в большую или меньшую сторону приводят к увеличению потребляемого тока. Работа при неноминальной мощности характеризуется уменьшением пульсности и КПД.
Не симметрия сопротивления в обмотке ротора.
Не симметрия сопротивления ротора возможна в случае обрыва стержней беличьей клетки, либо плохого контакта щетка- кольцо у асинхронных машин с фазным ротором, при этом в кривой момента появляется провал при скольжении равном 0,5. И машина при запуске может не развить номинальной частоты, а работать на промежуточной скорости потребляет большие токи.
Двигатель будет устойчиво работать в точке а.
Не симметрия напряжений.
Не симметричную систему напряжений раскладывают на системы прямой, обратной и нулевой последовательности. Система нулевой последовательности не оказывает активного влияния на работу.
Система обратной последовательности создает обратно вращающиеся поля и соответственно тормозной момент, они снижают полезный момент на валу и создают добавочные потери в стали, все это требует снижения нагрузки двигателя.
Работа при не синусоидальном напряжении.
Раскладываем не синусоидальное напряжение на гармоники. Влияние высших гармоник эквивалентно увеличению индуктивных сопротивлений , это приводит к уменьшению , КПД, момента, даже при незначительном искажении кривой напряжения это слабо сказывается на работе двигателя.
Способы торможения электрических машин.
Существует три способа:
1)Режим противовключения.
2)Режим генераторного торможения.
3)Режим динамического торможения.
1-
Включение большого напряжения приводит к уменьшению тока и электромагнитного момента, .
2 – Режим генераторного торможения характеризуется тем, что возможен только у двигателя с переключением пар полюсов, т.е двигатель работает в определенном режиме. Произведем переключение числа пар полюсов на большее значение, это приведет к снижению синхронной скорости, и ротор относительно новой синхронной скорости, будет иметь большую частоту вращения. Асинхронный двигатель переходит в режим асинхронного генератора, тогда электромагнитный момент будет тормозным.
3 – Режим динамического торможения. В этом случае обмотка статора отключается от сети. В одну или обе обмотки подается постоянный ток и двигатель работает в режиме генератора постоянного тока. При этом вся вырабатываемая мощность гасится в обмотке ротора – режим теплонапряженный, в этом случае зависимость выглядит таким образом:
Работа асинхронного двигателя при обрыве одной фазы.
При обрыве одной фазы вращающееся поле асинхронной машины превращается в пульсирующее, которое может быть разложено на два вращающихся в противоположные стороны поля с половинной амплитудой.
При обрыве одной фазы, двигатель продолжит вращаться в том же направлении, но ток увеличивается, а
11 лекция.
Влияние высших гармоник на работу асинхронного двигателя.
Высшие гармоники магнитного поля, имеющие простейший период меньше , могут возникать в асинхронной машине вследствие не синусоидальной кривой МДС и вследствие зубчатости.
Рассмотрим высшую гармонику, передвигающуюся в направлении вращения ротора и созданную током статора, это поле наводит в замкнутой обмотке ротора ток соответствующей частоты, который в свою очередь создает магнитное поле, передвигающееся по поверхности ротора и вращающееся в воздушном зазоре синхронно с рассматриваемым полем статора.
Магнитные поля статора и ротора будут иметь одинаковый пространственный период и суммируясь создают вращающееся поле. Это поле, взаимодействуя с током ротора, создает вращающийся момент, который имеет природу асинхронного. Если ротор вращается медленнее соответствующей гармоники, то будет иметь место двигательный режим, и вращающийся момент будет направлен в сторону вращения ротора. Если ротор вращается быстрее поля, то возникает генераторный режим и момент будет тормозным, т.о каждая высшая гармоника будет создавать соответствующий асинхронный момент, который будет складываться с моментом первой гармоники.
При скольжении 0,856 скорость ротора и поле седьмой гармоники двигаются с одинаковой скоростью, следовательно, момент электромагнитный будет равен 0.
Если скорость ротора будет меньше, чем , то момент будет двигательный, а если больше, то генераторный.
кривая момента от седьмой гармоники.
В точке а машина может застрять и устойчиво работать со скольжением , т.е машина не достигнет номинальных значений и будет работать с малой частотой и при больших токах.
И чтоб избавиться от этих гармоник, применяется укорочение шага обмотки.
Синхронные вращающиеся моменты.
Не все высшие гармоники магнитного поля, созданные статором и ротором, сцепляются с обеими обмотками. Это особенно характерно для зубцовых гармоник. При определенных частотах вращения ротора отдельные гармоники поля статора могут двигаться синхронно с соответствующими гармониками поля ротора. Под действием магнитных сил в этом случае возникает механическое взаимодействие между статором и ротором, и образуется вращающийся момент, который может быть назван синхронным.
При опережении зубцовым полем статора поле ротора, возникает двигательный момент, при отставании и той же скорости вращения возникает тормозной момент.
Если синхронный момент при пуске достаточно велик, то машина может не достичь номинальной частоты вращения.
Синхронные моменты наиболее сильно проявляются при . Эти моменты могут быть полностью устранены путем скоса пазов и правильного соотношения .
Вибрационные силы, действующие на асинхронную машину.
Зубцовые и другие магнитные поля статора и ротора, образующие синхронный вращающийся момент проявляются не только при взаимно синхронном вращении, но и при любых других скоростях, в этом случае они образуют периодически вращающееся моменты, которые в течение одного полупериода направлены в обратном направлении. Такие периодически меняющиеся моменты создают вибрации ротора и отдельных частей машины, эти явления становятся особенно заметными при наличии резонансных явлений. При неблагоприятных соотношениях зубцов статора и ротора могут возникать не только тангенциальные составляющие, но и радиальные магнитные силы, действующие на статор и ротор и перемещающиеся вдоль окружности воздушного зазора, при вращении ротора эти силы вызывают вибрацию машины. Шумы при работе асинхронных машин могут возникать вследствие механических и магнитных колебаний. Механические причины шума зависят от балансировки ротора, состояния подшипников и колебания вентилирующего воздуха в каналах охлаждения. Более неприятный шум, вызванный магнитными явлениями, связанными с наличием высших гармоник магнитного поля.
Стальные листы и отдельные ферромагнитные части машины, попадая в переменное магнитное поле Зубковой частоты, начинают колебаться.
Рабочие характеристики асинхронных машин.
Рабочие характеристики – это зависимости от .
1)
По мере возрастания нагрузки нелинейность увеличивается.
2)
3) Характер КПД обусловлен присутствием потерь в меди, которые пропорциональны квадрату тока и заставляют уменьшаться КПД.
4) Векторная диаграмма асинхронного двигателя объясняет характеристику
Как видно из векторной диаграммы – по мере увеличения нагрузки угол будет уменьшаться, и следовательно будет увеличиваться
увеличивается , в когда .
Однако по мере увеличения нагрузки тоже уменьшается .
Серии асинхронных машин.
1973г. – серия 4А.
1980г. – серия АИ и ее модификации.
1990г. – 5А, РА.
Настоящее время – 6А, 7А.
Специальные асинхронные машины.
Асинхронная машина с массивным ротором – ротор делается из цельной паковки. Это позволяет получить скорости от 10 до 10000 оборотов в минуту. Имеют низкий КПД и низкий .
Линейный двигатель.
Скользящие электромагнитные муфты.
Магнитогидродинамические машины переменного тока (МГД). Пример такой машины – индукционный насос для перекачки металла.
Поворотный трансформатор.
Преобразователь частоты.
Принцип действия машины постоянного тока.
Машина постоянного тока – это традиционная машина.
Направление ЭДС и тока в рамке определяют по правилу
левой руки.
При повороте рамки на ток меняет свое направление, следовательно, перед нами модель генератора переменного тока.
Для того, чтобы преобразовать генератор переменного тока в генератор постоянного тока кольца заменяют механическим преобразователем – коллектором, который меняет ЭДС и ток в рамке на постоянный на щетках.
Модель генератора постоянного тока (при повороте на ток не меняет своего направления.)
Как у генератора переменного тока, так и у генератора постоянного тока ток и ЭДС в рамке протекает переменный. Рамка в машинах называется секцией.
Самые первые машины постоянного тока были с кольцевыми якорями и представляли собой следующую конструкцию:
Четырем секциям соответствуют 4 коллекторные пластинки.
а=1- число пар параллельных ветвей.
Для лучшего использования меди обмотки кольцевого якоря заменили на барабанные. Такой якорь представляет собой барабан, обмотка укладывается в пазы.
Паз бывает элементарным – когда в пазу уложены две стороны секции.
И паз бывает реальный, если в пазу уложено 4-6 сторон секции.
Геометрическая нейтраль.
- полюсное деление.
-диаметр якоря.