Шпаргалка по "Электрическим машинам"

 

7.Многоскоростные  3х АД. Особенности констр двиг  и мех хар-ки многоскор АД. АД с несколькими ступенями час-ы вращ-я, предназначены для привода механизмов, треб-их ступенчатого регулирования частоты вращения.Многоскор-ые элдвиг спец-ой кон-ии. Они имеют особую обмотку статора и норм-ый к.з ротор.Наиб простым способом получения двух разных чисел пар полюсов явл-я устройство на статоре АД двух независимых обмоток. Электротех-ой промышленностью выпускаются такие двигатели с синхронными скоростями вращения 1000/1500 об/мин. Сущ-ет, ряд схем переключения проводников обмотки статора, при которых одна и та же обмотка может создать различные числа полюсов. Катушки статора, включенные послед-но, образуют две пары полюсов .Те же катушки, включенные в две парал-ые цепи, образуют одну пару полюсов. Пром-сть выпускает многоскоростные однообмоточные электродвиг с послед-но-парал-ым переключением и с отношением скор-ей 1:2 с синхр-ми скор-и вращ-я 500/1000, 750/1500, 1500/3000 об/мин.при таком переключении от обмотки статора может быть выведено меньше проводов, а следовательно, и переключатель может быть проще.Три фазовые обмотки могут быть включены в трехфазную сеть звездой или треугольником. На рис. 2, а и б показано широко распространенное переключение, при котором электродвиг для получения меньшей скорости включается треугольником с последовательным соединением катушек, а для получения большей скорости — звездой с параллельным соединением катушек (так называемой двойной звездой).Наряду с двухскоростными электропром-сть выпускает также трехскоростные АД. В этом случае статор электродвиг имеет две отдельные обмотки, одна из которых обеспечивает две скорости путем описанного выше переключения. Вторая обмотка, включаемая обычно в звезду, обеспечивает третью скорость. При наличии на статоре электродвигателя двух независимых обмоток, каждая из которых допускает переключение полюсов, можно получить четырехскоростной электродвигатель. Числа полюсов подбирают при этом так, чтобы скорости вращения составили нужный ряд. Схема такого электродвигателя представлена на рис. 2, в.Следует заметить, что вращающееся магнитное поле будет наводить в трех фазах неработающей обмотки три э. д. с, одинаковые по величине и сдвинутые по фазе на 120°. Геометрическая сумма этих электродвижущих сил, как известно из электротехники, равна нулю. Однако, вследствие неточной синусоидальности фазовых э. д. с. тока сети, сумма этих э. д. с. может быть отличной от нуля. В этом случае в замкнутой неработающей обмотке возникает ток, нагревающий эту обмотку.В целях предотвращения этого явления схему переключения полюсов составляют таким образом, чтобы неработающая обмотка была разомкнута (рис.2, в). Вследствие небольшой величины указанного выше тока у некоторых электродвигателей, разрыва замкнутого контура неработающей обмотки иногда не делают. Двухскоростные двигатели имеют шесть, трехскоростные — девять и четырехскоростные — 12 выводов к переключателю полюсов.Следует заметить, что существуют схемы двухскоростных двигателей, которые при одной обмотке позволяют получить скорости вращения, отношение которых не равно 1:2. Такие электродвигатели обеспечивают синхронные скорости вращения 750/3000, 1000/1500, 1000/3000 об/мин. Путем использования специальных схем одной обмотки можно получить также три и четыре различных числа пар полюсов. Такие однообмоточные многоскоростные электродвигатели отличаются значительно меньшими габаритными размерами, чем двухобмоточные двигатели с теми же параметрами, что весьма важно для станкостроения.Кроме того, у однообмоточных электродвигателей несколько выше энергетические показатели и меньше трудоемкость изготовления. Недостатком однообмоточных многоскоростных электродвигателей является наличие большего числа проводов, вводимых к переключателю.  Сложность переключателя определяется, однако, не столько числом выведенных наружу проводов, сколько числом одновременно осуществляемых переключений. В связи с этим были разработаны схемы, позволяющие при наличии одной обмотки получить три и четыре скорости при относительно простых переключателях.

 

 

 

 

8.Устройство синхронных генераторов с неявнополюсными и явнополюсными роторами. Принцип действия синхронного генератора.Состоит из статора и ротора.В пазы сердечника статора укладывается 3-х фазная обмотка статора, соединяем по схеме звезда с нулевым проводом.Различают 2 типа синхронных генераторов:1) 3-х фазный синхронный генератор с неявнополюсным ротором – турбо генераторы (скорость вращения роторов 3000 об/мин.).2) синхронные генераторы с явнополюсными роторами – гидро и дизель генераторы (скорость вращения ротора – дизель - 1500, 1000, 700, 600 об/мин., гидро – менее 60 об/мин.).Не явнополюсный ротор изготавливается из цельной балванки стали на специальном токарном станке. Сердечник с валом изготавливаются заодно. В сердечнике фрезеруются пазы, в которую укладывается обмотка возбуждения ротора. Не явнополюсный имеет одну пару полюсов. Явнополюсный ротор состоит из вала, на который устанавливается сердечник ротора, выполненный в виде полюсных наконечников.

   

 

 

 

9. Устройство Синхр. Генератора с неявнополюсным и явнополюсным ротором. Статор. Статор синх генер,как и других машин переменного тока, состоит из сердечника, набранного из листов электротехнич стали, в пазах которого укладывается обмотка перемен-го тока, и станины — чугунного или сварного из листовой стали кожуха.В выштампованные на внутренней поверх сердеч пазы уклад-ся обмотка статора. Изоляция обмотки выполняется особо тщательно, так как машине приходится работать обычно при высоких напряжениях. В кач-ве изоляции прим-ют миканит и миканитовую ленту. Ротор. Роторы синхронных машин по конструкции делятся на два типа:а) явнополюсные (т. е. с явно выраженными полюсами) и б) неявнополюсные (т. е. с неявно выраженными полюсами). Та или иная конструкция ротора диктуется соображениями мех-ой проч-ти. У современных генераторов, вращающихся от быстроходных двигателей (паровая турбина), окружная скорость ротора может достигать 100—160 м/сек (в некоторых случаях 170 м/сек). Поэтому быстроходные генер-ы имеют неяв-ный ротор. Скорость вращения быс-ных генераторов составляет 3000 об/мин и 1500 об/мин. К ободу ротора прик-ся полюсы, на которые надеваются катушки возб-я, сое-ые последовательно между собой. Концы обмотки возбуждения присоединяются к двум кольцам, укрепленным на валу ротора. На кольца накл-ся щетки, к которым присое-ся источник постоянного напряжения.Обычно пост-ый ток для возб-я ротора дает ген-р пос-го тока, сидящий на одном валу с ротором и наз-ый возб-ем. Мощность возбудителя равна 0,25—1% от ном-ой мощ-и синх-го ген-ра. Ном-ые напр-я возб-ей 60—350 В. Имеются также синх-е ген-ры с самовозбу-ем. Пост-ый ток для возб-я ротора получается с помощью селеновых выпр-ей, подкл-ых к обмотке статора ген-ра. В первый момент слабое поле ост-го магне-ма вращ-ся ротора инду-ет в обмотке ста-ра нез-ую перем-ую э. д. с. Селе-ые выпр-ли, подкл-ые к пере-му напр-ю, дают постоянный ток, который усиливает поле ротора, и напр-е ген-ра увел-ся. Неявн-ный ротор изг-ся из целой стальной по-ковки, подверг-ой сложной термической и мех-ой обр-ке. В осевом направлении по окружности ротора фрезеруют пазы, куда укладывается обмотка возбуждения. Обмотка в пазах закрепляется при помощи металлических (стальных или бронзовых) клиньев. Лобовые части обмотки закрепляются бандажными металлическими кольцами.При конструировании электрических машин и трансформаторов большое внимание конструкторы обращают на вентиляцию машин. Для синхронных генераторов применяется воздушное и водородное охлаждение.Воздушное охлаждение осуществляется при помощи вентиляторов, укрепленных на валу с обеих сторон ротора (для генераторов мощностью от 1,5 до 50 тыс. кВт) или расположенных под машиной в отверстии фундамента (для генераторов мощностью 100 тыс. кВт).

 

10.Способы  пуска синхронного электродвигателя. Пуск двиг непоср-ым включением в сеть невозможен.В момент вкл ротор неподвижен.Так как разноименные полюса бу-т стрем-ся располо-ся друг против друга, воз-ет знакопеременный момент,действ-ий со стороны статора на ротор.Для пуска необх-о предва-но разогнать ротор до скор-ти,близкой к скорости вращ-я поля статора. Для пуска двиг-я исп-ют доп-ый двигатель для разгона ротора. Используют также асинхронный пуск синхронного двигателя. С этой целью ротор снабжен пус-ой обм-ой,  подк-ой во время пуска к резистору (При  разгоне  двигатель работает как асинхронный. Когда ротор разгонится до скорости поля статора, обмотку подключают к источнику постоянного напряжения Выводы:1.Отличит-ая особ-сть синхр-ых машин – скор-ть вращ ротора равна скор вращ поля статора. 2. Исп-ся как генер-р, преобр-ий мех-ую энергию в элек-ую энергию трехфазного напряжения и, как двигатель, наоборот. 3.Внешняя хар-ка -сформатора. 4.Изм-ие тока наг-ки в ген-ре и момента на валу двиг-я приводит к изменению угла между  противоположными полюсами статора и ротора.5. Ско-ть двиг-я не зав-ит от мом-та наг-зки и равна синх-ной ско-ти.

 

 

 

 

 

 

 

11. Торможение  противовключением трехфазных АД.Торм-ем противовключением - такой режим, при котором дви-ль включён для работы в одном напр-ии,а ротор под действием момента мех-ма вынужден вращ-ся в противоположном напр-нии. Переход в режим противовключения возможен двумя методами:а) включением в цепь обмотки ротора двигателя с фазным ротором достаточно большого сопротивления;б)реверсированием двигателя.Для перехода в режим торм-я противовкл-ем по второму методу, необходимо среверсировать двигатель (т.е. поменять местами две любые фазы). При этом изменится направление вращения магнитного поля статора. Первый способ торможения противовключением возможен только для трёхфазных асинхронных двигателей с фазным ротором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Электродинамическое  торможение. Для перехода в режим электродинамического торможения, обмотка статора отключается от сети 3-х фазного переменного напряжения (размыкают контакты КМ 1.1) и подключается на запитку тока пониженного постоянного напряжения (замыкается контакт КТ1.1). По обмотке статора пойдет постоянный ток и двигателем создается тормозной момент.

 

 

 

 

 

13. Генераторное-рекуперативное  торможение ДПТ. Электродинамическое торможение.Мех-е хар-ки двиг-ей в тормозных режимах. Электродинамическое торможение двигателей постоянного тока.Для перехода в режим электродинамического торможения необходимо якорь двигателя отключить от сети и замкнуть его на тормозное сопротивление.Обмотка возбуждения, при этом остается подключенной к сети.В момент перехода двигателя в режим торможения, якорь продолжает врашаться под действием момента механизма по инерции. В обмотке якоря индуктируется э.д.с. А так как обмотка якоря замкнута на тормозное сопротивление, то по ней пойдет ток: противоположный двигательному режиму направления (так как он теперь создается за счет противо э.д.с.). Ток якоря изменит свое направление

двигателей постоянного  тока.Этот метод наиболее экономичен, так как обеспечивает не только торможение, но и возврат электрической энергии  в сеть. Если сторонним устройством разогнать ДПТ с НВ до скорости выше скорости х.х,то он начинает работать генератором, включенным параллельно с сетью,отдавая ей электрическую энергию.Ток якоря при этом изменяет свой знак, т.к.   и ДПТ переходит в тормозной режим с тормозным моментом  =. В этом случае уравнение механической характеристики приобретает вид.Нетрудно видеть, что графически зависимость   в данном случае является продолжением механической характеристики двигательного режима и изображается во 2 или 4 (при противоположном направлении вращения) квадрантах.Данный тормозной режим весьма экономичен, широко прим-ся в промышленности и на транспорте при некоторых способах регулирования скорости, например при регулировании скорости вращения изменением питающего напр-ия  . Механические характеристики двигательного режима и режима генераторного (рекуперативного) торможения при   < .Ограничения на применимость этого тормозного режима обуславливается тем, что он имеет место только на скоростях выше скорости идеального холостого хода, т.е. только при условии, что 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. Мех-ая хар-ка 3хф АД с фазным ротором. Мех-ие хар-ки двигателя при изменениях сопротивлений в цепи ротора и при изменении приложенного к двигателю напряжения. У двигателя с фазным ротором в цепь ротора можно ввести пусковые сопротивления, поэтому двигатель имеет искусственные и естественные характеристики. За счет сопротивления увеличивается активное сопротивление обмотки ротора, увеличивается cosj и пусковой момент. Одновременно пусковые сопротивления способствуют ограничению пускового тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15 Искусственные механические характер.При изменении напряженияПри изменении напряжения изменяется механическая характеристика АД — зависимость его вращающего момента М от скольжения s или частоты вращения  С достаточной точностью можно считать, что вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения на его выводах. При снижении напряжения уменьшается вращающий момент и частота вращения ротора двигателя, так как увеличивается его скольжение. Снижение частоты вращения зависит также от закона изменения момента сопротивления Mc и от загрузки двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16. Устройство  и принцип действия однофазного  трансформатора. Уравнение эдс обмотки  трансформатора.Трансформатор – это электромагнитные статические преобразователи электроэнергии. Основное назначение трансформаторов преобразующий напряжение и переменный ток одной величины, в переменный ток и напряжение другой величины. Они применяются также для преобразования числа фаз и частоты.Принцип действия:При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения по ней пойдет ток и создастся переменный магнитный поток. Большая часть этого потока замыкается по магнитопроводу и называется основным, а меньшая часть замыкается по воздуху и называется магнитным потоком рассеяния. Переменный магнитный поток пересекает витки первичной и вторичной обмоток и в них индуктируются: в первичной ЭДС самоиндукции, во вторичной ЭДС взаимоиндукции.

Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора. 1 первичная обмотка, 2 вторичная  обмотка, 3 сердечник. U1 первичное напряжение, U2 вторичное напряжение, I1 первичный  ток, I2 вторичный ток, Ф магнитный  поток 

 

17. Условия  параллельной работы трансформаторов:1. Равенство коэффициента трансформации,2. Одинаковость групп соединений, 3.Равенство напряжений к.з.При не соответствии пунктов 1 и 2 в возникает уравнительный ток, в следствии нагрев транс-ра. Под параллельной работой этих устройств понимают их совместную работу на шины, к которым подключен потребитель. Питание по высокой стороне, трансформаторы могут получать от разных источников, однако, общность режима работы заключается в питании секций шин имеющих электрическую связь.

Первое и пожалуй, наиболее важное - это соответствие фазировки двух транс-ров. При несоблюдении этого условия, и включении их на одни шины произойдет междуфазное короткое замыкание. Фазировка высоковольтного оборудования выполняется довольно легко, по цепям вторичного напряжения, снимаемым с обмоток тран-ров напряжения.Вторым условием яв равенство первичных и вторичных напряжений. Тут все предельно понятно: нельзя включить трансформатор на напряжение, которое не соответствует его классу изоляции. коэффициентов трансформации разница между ними должна быть в диапазоне ±0,5%). Так как коэффициент трансформации это отношение вторичного напряжения к первичному, а они у нас равны, то и сам коэффициент одинаков.Третьим условием яв равенство напряжений короткого замыкания. Термин напряжение короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора. Чем выше Uкз, тем больше сопротивление обмотки. Соответственно, трансформатор, имеющий меньшее Uкз, будет “брать” на себя больше нагрузку и работать с постоянным перегрузом. Максимальное допустимое различие этих показателей - не более 10%.Четвертое условие – одинаковые группы соединения обмоток. Его невыполнение приведет к появлению уравнительных токов, так как фазы будут сдвинуты на определенный угол.Соотношение мощностей, параллельно подключаемых трансформаторов, должно различаться не более чем в три раза. В противном случае, менее мощный трансформатор будет работать с перегрузом. Соблюдение перечисленных выше основных условий позволит работать оборудованию в номинальном режиме, что повысит уровень надежности электроснабжения потребителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18.Схема  замещения трансформатора. В электрических цепях обмотки трансформаторов связаны между собой магнитным полем. Это усложняет расчет цепи и анализ ее работы.Поэтому целесообразно заменить трансформатор его моделью, которая называется схемой замещения. Построение схемы замещения должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к моделям, т. е. математическое описание режима схемы замещения должно совпадать с математическим описанием электрического состояния трансформатора.Схема замещения для приведенного трансформатора. Приведенный трансформатор математически описывается уравнениями электрического состояния, и уравнением токов.В соответствии с этими уравнениями построена схема замещения трансформатора . На схеме   и   соответственно — активное сопротивление и сопротивление рассеяния первичной обмотки;   и   — приведенные активное сопротивление и сопротивление рассеяния вторичной обмотки;   и   — активное и реактивное сопротивление ветви холостого хода. Мощность потерь в сопротивлении   при токе   эквивалентна потерям в магнитопроводе, т.е.   – эквивалентное реактивное сопротивление. Падение напряжения на ветви холостого хода с комплексным сопротивлением   при токе   равно ЭДС   и   трансформатора.