Шпаргалка по "Электрическим машинам"

1. Принцип действия трехфазного АД

При подключении обмотки статора  к сети трехфазного ~U по ней пойдет I статора и ею создастся вращающееся магнитное поле статора. Это поле пересекает проводники обмотки ротора и в них индуктируется ЭДС. Так как проводники обмотки ротора замкнуты, по ним пойдет I ротора и создастся магнитное поле ротора. В результате взаимодействия магнитного поля ротора с вращающимся магнитным полем статора, создастся электромагнитная сила, действующая на каждый проводник обмотки ротора, создастся вращающий момент и ротор начнет вращаться.

Скольжение - относительная разность скоростей вращения магнитного поля статора n₁ и скорости вращения ротора n₂.

При неподвижном роторе скольжение максимально и = 1. По мере разгона  ротора скольжение уменьшается.

Явления во вращающемся роторе.

1. Зависимость частоты тока и  ЭДС в обмотке ротора от  скольжения.

При неподвижном роторе частота  тока и ЭДС в его обмотках максимальна  и равна частоте тока в сети.

По мере разгона ротора, частота  тока в его обмотках уменьшается.

f₂ – частота тока в обмотке неподвижного ротора.

f_2S – частота тока в обмотке вращающего ротора.

2. Зависимость индуктивного сопротивления  обмотки ротора от скольжения.

Индуктивное сопротивление обмотки  ротора в общем виде:

В это уравнение подставим значение частоты тока в обмотке вращающегося ротора:

Произведение: – индуктивное сопротивление обмотки неподвижного ротора.

С учетом этого индуктивное сопротивление  вращающейся обмотки ротора будет:

При неподвижном роторе частота  тока в его обмотке максимальная, поэтому максимально и ее индуктивное  сопротивление.

По мере разгона ротора индуктивное  сопротивление его обмотки уменьшается.

3. Зависимость коэффициента мощности  от скольжения.

При неподвижном роторе частота  тока в его обмотке максимальна, индуктивное и полное сопротивление  обмотки ротора максимальны, а коэффициент  мощности – минимален.

По мере разгона ротора частота  тока в его обмотке уменьшается, индуктивное и полное сопротивление  обмотки ротора уменьшаются, а коэффициент  мощности – увеличивается.

4. Зависимость ЭДС обмотки ротора  от скольжения.

ЭДС обмотки вращающегося ротора запишется:

Вместо  поставим его значение и получим:

Произведение: - ЭДС обмотки неподвижного ротора.

Окончательно ЭДС обмотки вращающегося ротора будет:

При неподвижном роторе ЭДС его  обмотки максимальна, а по мере разгона  уменьшается.

 

2.Устройство 3х асинхронных эл с кз и фазным роторами. Недостатки  с кз роторами и возможности устранения.

АД имеет две основные части – статор и ротор. Неподвижная часть дви-я назы-ся статор. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается 3х ф обмотка, питаемая 3х ф током. Вращ-я часть машины наз-я ротор, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротех-ой стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изоли-ся один от другого слоем лака. Возду-й зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).В завис-и от констр-и ротора АД бывают с короткоз-ым и с фазным роторами. Наиб-ее распространение получили двиг-и с коротк-ым ротором, они просты по устр-тву и удобны в эксплуатации.3 ф обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соед-ых между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изоли-ых между собой и от стенок паза.Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период 3 х a  тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин..Скор-ть вращ-я магнитного поля четырехполюсного статора в двое меньше скор-и вращ-я поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 Гц). Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 Гц). Число всех пазов на статоре равно утроенному произве-ю числа полюсов статора на число пазов, приход-ся на полюс и фазу.АД с короткозамкнутым ротором является самым распро-ым из электрических двигателей, прим-ых

в промышленности. Рассм-м его устройство. На неподвижной части двиг-я – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), пит-ая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выво-ся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.АД с короткозамкнутым ротором Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращ-ся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам .Т о, все стержни оказ-ся замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». На сегодняшний день до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюм-я путем заливки его под давл-ем в пазы ротора.Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двиг-я. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращ-я рабочим машинам или станкам. 
Устройство статора АДс фаз-м ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с корот-утым ротором. Различие между этими элект-лями заключается в устройстве ротора. Разрез АД с фазным ротором 
1 — вал двигателя, 2 — ротор, 3 — обмотка ротора, 4 — статор, 5 — обмотка статора, 6 — корпус, 7 — подшипниковые крышки, 8 — вентилятор, 9 — контактные кольца 
Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца

жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются  щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых  крышек. 
Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом. Недостатки:

1.Небольшой  пусковой момент.

2.Значительный  пусковой ток.

3.Принцип самовозбуждения генераторов постоянного тока. Условия самовозбуждения.

За счет остаточного  магнитного потока сердечников главных  полюсов во вращающейся обмотке  якоря индуктируется остаточная ЭДС.

Т.к. обмотка  возбуждения подключена параллельно  к обмотке якоря, то за счет остаточного  ЭДС по обмотке возбуждения пойдет ток возбуждения и создастся  основной магнитный поток.

При условии  сложения основного магнитного потока с остаточным потоком, результирующий поток увеличивается. Это приведет к увеличению ЭДС обмотки якоря, тока возбуждения и основного  магнитного потока. Процесс взаимного  увеличения основного магнитного потока, ЭДС обмотки якоря и тока возбуждения  будет длиться до выхода генератора в номинальный режим.

Условия самовозбуждения.

1. Наличие  остаточного магнитного потока.

2. Совпадение  по направлениям основного магнитного  потока с остаточным.

3. Самовозбуждение  возможно только в режиме холостого  хода.

Характеристики  холостого хода и регулировочная у генератора с параллельным возбуждением такие же, как у генератора с  независимым возбуждением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Механические  характеристики 3-х фазных АД с  кз. Ротором. Методы и способы пуска 3-х фазных АД.

Механическая хар-ка с кз ротором.

  – синхронная скорость (скорость  вращения магн. поля статора)

  

- скорость вращения магнитного поля статора.

Методы пуска  трехфазный асинхронных электродвигателей.

С кз. ротором:

а) пуск введения в цепь обмотки статора добавочных сопротивлений.

В момент пуска  обмотка статора подключается к  сети 3-х фазного переменного напряжения через добавочные сопротивления  чем достигается уменьшение напряжения на обмотке статора. После разгона  сопротивление выводится.

б) пуск методом  переключения обмотки статора со звезды на треугольник.

Также применяются  методы пуска с помощью 3-х фазных автотрансформаторов и с помощью  дросселей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.ПУСК  ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ПРЯМОЙ ПУСК

При рассм-ии возможных способов пуска в ход асинхронных двигателей необходимо учитывать следующие основные положения: 1) двиг-ль должен развивать при пуске достаточно большой пусковой

момент, который должен быть больше статического момента сопротивления на валу, чтобы ротор двигателя мог прийти во вращение и достичь номинальной скорости вращения; 2) величина пускового тока должна быть ограничена таким значением, чтобы не происходило повреждения двигателя и нарушения нормального режима работы сети; 3) схема пуска должна быть по возможности простой, а количество и. стоимость пусковых устройств—малыми.

При пуске  АД на холостом ходу в активном сопротивлении его вторичной цепи выделяется тепловая энергия, равная кинетической энергии приводимых во вращение маховых масс, а при пуске под нагрузкой количество выделяемой энергии соответственно увеличивается. Выделение энергии в первичной цепи обычно несколько больше, чем во вторичной. При частых пусках, а также при весьма тяжелых условиях пуска, когда маховые массы приводимых в движение механизмов велики, возникает опасность перегрева обмоток двигателя. АД с к.з ротором проще по устройству и обслуживанию, а также дешевле и надежнее в работе, чем двигатели с фазным ротором.

Наиб простым  способом пуска двиг-я с к.з ротором яв включение обмотки его статора непосредственно в есть, па номинальное напряжение обмотки статора. Такой пуск называется прямым.

При этом пусковой ток двигателя I_п=(4—7,0)I_н. Реакторный пуск осущ-тся согласно схеме. Сначала вкл-ся выкл-ль В1, и двигатель получает питание через трехфазный реактор (реактивную или индуктивную катушку) Р, сопротивление которого Х_р ограничивает величину пускового тока. По достиж-и нор-ой скор-и вращ-я вкл-я вык-тель В2, который шунтирует реактор, в результате чего на двиг подается норм-ое напр-ие сети. Пус-ые реакторы строятся обычно с ферромагнитным сердечником и рассчитываются по нагреву только на крат-ную работу, что позволяет снизить их вес и стоимость. Для весьма мощных двиг-ей прим-ся также реакторы без ферромагнитного сердечника, с обмотками, укрепленными на бетонном каркасе. Вык-ль В1 выбирается на такую откл-ую мощ-ть, которая позволяет откл-ть двиг при глухом к.з за выкл-ем, а выкл-ль В2 может иметь низкую откл-ую мощность Автотранс-рный пуск. Пуск перек-ем «звезда—треугольник» может прим-я в случаях, когда выведены все шесть концов обмотки статора и двиг норм-о работает с соед-ем обм-и статора в треуг-к, например, когда двигатель на 380/220 в и с соединением обмоток Y/ работает от сети 220 в. Пуск двиг-ей с фаз-м ротором производится с помощью пуско-го реостата в цепи ротора. Прим-ся проволочные, с литыми чугунными элементами, а также жид-ые реостаты. По условиям нагрева реостаты рассчи-тся на кратковр-ую работу. Сопр-я метал-ких- реостатов для охла-ия обычно помещают в бак с трансф-ным маслом. Метал-ие реост-ы яв ступенчатыми, и перекл-ие с одной ступени на другую осущ-ся либо вручную с помощью рукоятки контроллера, сущ-ым элем-ом которого яв-ся вал с укрепленными на нем контактами, либо же автоматически (в автомат-ных установках) с помощью контакторов или контроллера с электрическим приводом.

6,Способы регулирования скорости 3х ф АД.Достоинств и недост.

Скор вращ ротора АД

Способы рег скор вращения АД можно подразделить на два класса: 1) рег скор вращ первичн магнитн поля что достиг либо регулир первич част f₁, либо измен числа пар полюсов р двиг;

2) рег скольжения двиг при n/s В первом случае к. п. д. двиг ост высоким, а во втором случае к. п. д. сниж тем больше, чем больше s, так как при этом мощность скольжения

теряется во вторичной цепи двиг (мощность скольжения исп полезно только в каскадных установках).

        Регулир скор изменением первичной частоты (частотное регулирование) треб применен источ пит с регулир част-й (синхронные генер с переменной скоростью вращения, ионные или полупроводниковые преобразователи частоты и др.). Поэтому данный способ рег-я исп главным образом в случаях, когда для целых групп двиг необх-о повышать (п > 3000 об/мин) скор вращ (например, ручной металлообра-щий инструмент, некоторые мех-ы деревообр-ей пром-ти и др.) или одновр-о и плавно их регулировать.С развитием полупровод-ых преобр-ей все более перспективным становится также индивид-ое частот регулир-е скор вращ-я двиг. Схему корзамк-го АД с частотным упр-м при помощи полупровод-ых преобраз-ей можно получить, если заменить явнополюсный ротор на ротор с обмоткой в виде беличьей клетки и питать эту схему от сети перемен-го тока через полупровод-ый выпр-ль. Управ-е инвертором при этом произво-ся особым преобраз-ем частоты вне зависимости от положения ротора двиг-я. Величина напряж-я регулир-ся с помощью выпрям-ля .Регулир-е скор-и изме-ем числа пар полюсов р используется обычно, для .двигателей с корзамк-ым ротором, так как при этом требуется изменять р только для обмотки статора. Изменять р можно двумя способами: 1) прим-ем на статоре нескольких обмоток, которые уложены в общих пазах и имеют разные числа пар полюсов р; 2) прим-ем обмотки специального типа, которая позволяет получить различные значения р путем изменения (переключения) схемы соед-ий обмотки.Предложено значит-ое кол-во различных схем обмоток с переключ-ем числа пар полюсов, однако широкое распрост-ие из них получили только некоторые. Прим-ие неск-их обм-ок невыгодно, так как при этом из-за ограни-ого места в пазах сечение пров-ов каждой из обмоток нужно уменьшать, что приводит к снижению мощ двиг.Исп-ие обмоток с перекл числа пар полюсов вызывает услож-е коммутационной аппаратуры, в особенности, если с помощью одной обмотки желают получить более двух скор-ей вращ-я. Несколько ухудшаются также энерг-ие показ-и двиг. Двиг с изм-ем числа пар полюсов называются многоскоростными.               Импульсное регулирование скорости  производится путем периодического включения двигателя в сеть и отключения его от сети или путем периодического шунтирования с помощью контактора К сопротивлений, включенных последовательно в цепь статора, или полупроводниковых вентилей. При этом двигатель беспрерывно находится в переходном режиме ускорения или замедления скорости вращения ротора и в зависимости от частоты и продолжительности импульсов работает с некоторой, приблизительно постоянной скоростью вращения