ТОП 10:

РГЗ-1. Магнитная цепь и ее расчет. Якорные обмотки.



ВВЕДЕНИЕ

 

Основная цель самостоятельной работы студента заключается в развитии творческой активности студентов.

В объем самостоятельной работы по курсу «Электрические машины» и «Специальные электрические машины» входят решения 4 РГЗ, выполняемых студентами в 5-ом и 6-ом семестрах. Порядок выполнения РГЗ и его объем может быть скорректирован преподавателем исходя из методической целесообразности.

 

 

РГЗ-1. Магнитная цепь машины постоянного тока и ее расчет.

Якорные обмотки машин постоянного тока (18 часов).

 

РГЗ-2. Расчет параметров схемы замещения трансформатора и его характеристик. Параллельная работа трансформаторов (16 часов).

 

РГЗ-3. Параметры асинхронного двигателя. Построение круговой диаграммы и характеристик двигателя (16 часов).

 

РГЗ-4. Характеристики синхронных машин. Расчет МДС реакции якоря и синхронных индуктивных сопротивлений. Построение векторных диаграмм (18 часов).

 

Контроль самостоятельной работы студентов осуществляется по конечному результату в соответствии с графиком выполнения отдельных тем расчетно-графических заданий. График отчетности устанавливается преподавателем и доводится до сведения каждого студента. Расчетные задания выполняется на стандартных листах формата А4. на титульном листе указывается: наименование ВУЗа. Кафедры, шифр группы. Фамилия и инициалы студента.

При появлении затруднений при изучении теоретического курса и выполнении РЗГ студенты должны обращаться к преподавателю, ведущему практические занятия.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Основная

1.Копылов И.П. Электрические машины. – М.: Энергоатомиздат, 1986. - 360 с.

2.Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. – М.: Энергия, 1980. – 927 с.

3. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клопов и др.; Под ред. И.П.Копылова. – М.: Энергия, 1980. – 496 с.

 

Дополнительная

4. Вольдек А.И. электрические машины. – М: Энергия, 1978.

5. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. – М.: Энергия, 1972. – Ч.1.

6. То же. Ч.2.

7. Электрические машины / Д.Э.Брускин и др. – М.: Высшая школа, 1979. – Ч.1.

8. То же. Ч.2.

 

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При изучении электрических машин рекомендуется изучаемый материал конспектировать. При этом нецелесообразно иметь два конспекта: конспект лекций по электрическим машинам и конспект самостоятельной работы. Рекомендуется в конспекте лекций оставлять широкие поля для собственных замечаний и использовать их при конспектировании материала, изучаемого в процессе самостоятельной работы над учебником. Рисунки, поясняющие физическую картину того или другого явления, в конспекте следует повторить, развивая и усложняя их вслед за ходом рассуждений. При этом полезно несколько изменить исходные условия.

В конспекте необходимо отметить, с помощью каких допущений сложная физическая картина упрощается и начинает быть доступной математическому описанию.

Теория электрических машин разных типов построена на общих как физических, так и методических принципах. Все электрические машины имеют одинаковые элементы: магнитопровод и обмотки, сцепленные с магнитным потоком. Поэтому при изучении теории различных типов электрических машин следует выделить те общие явления в них, которые характерны для разных видов машин. Так, например, некоторые процессы, встречающиеся в трансформаторах, имеют место в асинхронных машинах. Явление реакции якоря машин постоянного тока и синхронных машин в основе своей имеет много общего с картиной взаимодействия первичной и вторичной обмоток трансформатора. Такое обобщение материала и понимание взаимосвязей помогает условию курса и сокращает время для его изучения.

Большую помощь при изучении курса оказывает решение численных примеров и расчетов, которые выполняются на практических занятиях в виде решения задач по электрическим машинам.

Лабораторные работы, в процессе которых студент исследует электрические машины и опытном путем получает те или иные характеристики, предсказанные теорией, способствуют закреплению материала курса. Однако это возможно только в том случае, если студент будет выполнять лабораторные работы сознательно, понимая, что должно получаться и почему именно так, а не иначе.

Курс электрических машин построен таким образом, что хорошая подготовка студента к проводимым занятиям гарантирует успешную подготовку к экзаменам, при этом от студента требуется лишь ритмичная работа в течение семестра.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТОВ

Отчеты должны быть написаны чернилами (пастой) одного цвета на листах формата А4 (210×297 мм). Текст выполняется на одной или двух сторонах листа с соблюдением следующих полей: левое – 25 мм; правое – 10-15 мм; верхнее и нижнее – 25 мм.

Допускается компьютерное оформление с соблюдением правил оформления печатных работ.

Первой страницей отчета является титульный лист, но нумерация начинается со второй страницы. Текст отчета делится на разделы в соответствии с содержанием задания. При необходимости разделы делятся на подразделы, которые нумеруются в пределах каждого раздела (например: 1.2; 2.3 и т.д.). Все разделы и подразделы должны иметь заголовки.

Страницы текста с таблицами и рисунками должны иметь сквозную нумерацию. Номер страницы проставляется в правом верхнем углу листа. Текстовый материал отчета должен быть изложен грамотно и разборчивым почерком.

Все формулы нумеруются арабскими цифрами в пределах раздела. Номер формулы состоит из номера раздела и порядкового номера формулы (например: (2.1)).Формулы должны следовать непосредственно за фразой, содержащей на нее ссылку. Цифровое обозначение величин должно быть приведено в той же последовательности, как это записано в формуле. Если формула требует пояснений, то после формулы ставят запятую, а первую строку пояснений начинают со слова “где” без двоеточия. Значение каждого символа и числового коэффициента следует давать с новой строки. Ссылки в тексте на формулы дают порядковым номером формулы в скобках (например: формула (2.1)).

Иллюстрации (таблицы, графики и т.д.) даются по тексту отчета, после первой ссылки на них. Номер иллюстрации должен состоять из номера раздела и порядкового номера иллюстрации. Все иллюстрации должны иметь названия, которые пишутся над рисунком. Номер иллюстрации проставляется под рисунком. Если имеются поясняющие надписи к рисунку, то они располагаются между рисунком и его номером. Небольшие по размеру иллюстрации можно располагать по тексту отчета. Большие по размеру иллюстрации выполняются на таких же листах, что и текст отчета. Графики и диаграммы желательно выполнять на миллиметровой бумаге для возможности контроля выполнения расчетов.

Номера таблиц состоят также из номера раздела и порядкового номера таблицы. Надпись “Таблица” располагается в правом верхнем углу над соответствующим названием таблицы.

На все таблицы должны быть ссылки в тексте. Таблицу приводят после первого упоминания о ней в тексте отчета. Допускается размещение таблиц в повернутом на 90° виде так, чтобы ее можно было читать с поворотом по часовой стрелке.

Цифры в графах таблиц располагаются так, чтобы классы чисел во всей графе были точно один под другим.

В конце отчета должен быть приведен библиографический список. Список составляется в алфавитном порядке. По тексту отчета обязательна ссылка на используемый источник. Ссылка указывается порядковым номером по списку и выделяется косыми скобками (например: “…/3/”). При необходимости может быть указана и страница (например: “…/5.c.148//”).

 

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Теоретические пояснения

При изучении машин постоянного тока необходимо ясно представлять, как переменная ЭДС, создаваемая в обмотке якоря, с помощью кол-лектора преобразуется в постоянную. Для лучшего усвоения теории обмоток рекомендуется построить развернутые схемы обмоток

Затем с помощью схемы обмотки рекомендуется построить электрическую схему параллельных ветвей и векторную диаграмму ЭДС (многоугольник ЭДС). Оцените величину пульсации ЭДС на щетках.

Магнитная цепь электрической машины рассчитывается на основании известных из теоретической электротехники положений. Их необходимо повторить. Новое здесь заключается, во-первых, в определении расчетных величин, через которую проходит магнитный поток, во-вторых, в способе определения магнитного напряжения зубцового слоя. Для лучшего усвоения этого раздела в РГЗ-1 рассчитывается магнитная цепь. При этом также необходимо уяснить физическую сущность коэффициентов αδ δ, σ и др., вводимых в расчет магнитной цепи электрической машины.

 

Задание.

При выполнении настоящей части расчетно-графического задания применяется следующая очередность работы:

определение главных размеров машины;

расчет магнитной цепи машины и анализ полученных характеристик.

Каждый студент в соответствии с номером зачетной книжки (шифром) определяет исходные для расчета данные по табл. П1 и П2. Предполагается, что электрическая машина работает в режиме двигателя.

Рис.1 Магнитная система машины.

, (4)

где P- отдаваемая номинальная мощность, кВт; nн - номинальная частота вращения, об/мин.

Расчетная длина якоря ,lδ мм,

lδ = λD , (5)

где λ=0,4÷1,25 .Более точное значение берется из кривых рис.8.5/3,c.339/.

Конструктивная длина сердечника якоря принимается равной ln=lδ сокруглением до ближайшего целого числа (при длине менее 100 мм) или до ближайшего числа, кратного пяти (при длине 100-350 мм). Для сердечников рекомендуются следующие марки холоднокатаной изотропной электротехнической стали:

для вариантов, оканчивающихся на четную цифру 2013;

для вариантов, оканчивающихся на нечетную цифру 2312.

Эффективная длина сердечника якоря lСТ, мм:

lСТ с ln , (6)

где Кс – коэффициент заполнения сердечника якоря сталью (Кс=0,95)

Сердечники главных полюсов.

Расчетная ширина полюсного наконечника bd , мм,

bd =adt , (7)

где t - полюсное деление, мм; ad -коэффициент полюсного перекрытия (ad=0,64),

, (8)

где 2p – число полюсов (табл.П1).

Действительная ширина полюсной дуги bp, мм,

bp= bd - 2δ, (9)

где δ определяется по табл.П1 в соответствии с выбранным вариантом.

Эффективная ширина сердечника полюса lr, мм,

lr = ln. (10)

Ширина сердечника полюса br, мм,

,(11)

где σ - коэффициент магнитного рассеяния главных полюсов (σ=1,2); Φ- магнитный поток, Вб.

Φ= αδ τ lδ Bδּ10-6, (12)

где Bδ - расчетное значение индукции в воздушном зазоре, Тл,

Bδ=0,0013D+0,47. (13)

Значение магнитной индукции в сердечнике полюса принимаем равным Br=1,5 Тл.

Для сердечников полюсов рекомендуется сталь марки 3411 (рис.П.2).

 

Станина

Длина станины lc, мм,

lc=ln+0,65τ. (14)

Толщина станины hc, мм,

, (15)

где Bc -магнитная индукция в станине (Bc =1,2 Тл).Монолитные станины выполняют из стали Ст.3.

Внутренний диаметр монолитной станины dc, мм,

dc=Dн -2hc. (16)

Высота главного полюса hr, мм,

,(17)

где величина учитывает два воздушных зазора и две стальные прокладки между станиной и полюсами, предназначенные для регулирования воздушного зазора.

 

Геометрия зубцового слоя якоря.

В машинах с высотой оси вращения h=80-200 мм применяют полузакрытые пазы овальной формы (рис.1.). При этом размеры паза (радиусы r1 и r2) принимают такими, чтобы стенки зубцов были параллельны (bz=const) на протяжении расстояния h1.

Число пазов якоря

, (18)

где Z– число пазов, которое округляют до ближайшего целого значения; - зубцовое деление якоря (предварительное значение), мм,

t=0,08h+3, (19)

где h – высота оси вращения машины, мм.

Высота паза hn, мм,

hn=0,07D+12, (20)

где D – диаметр сердечника якоря, мм.

Высота спинки сердечника якоря hj, мм,

, (21)

где D,Do,hn определяются соответственно по формулам (3),(4),(20).

Ширина зубца bz, мм,

, (22)

где . (23)

Вδ – определяется по (13);Kc - коэффициент заполнения сердечника якоря сталью (Kc=0,95);Bz - индукция в зубце принимается равной Bz=1,8 Тл.

Высота шлица паза выбирается в пределах

0,8 ≤ hw ≥1,0.

Радиус паза, большой r1, мм,

, (24)

Радиус паза, меньший r2, мм,

, (25)

 

Размеры, полученные по формулам (24) и (25), должны быть проверены путем вычерчивания паза. При этом толщина зубца bz должна быть неизменной. В противном случае величины r1 и r2 корректируются. Допускается чисто графическое определение размеров паза.

Расстояние между центрами радиусов h1, мм,

H1=hn – hw – r1 – r2. (26)

Число активных проводников (предварительно)

, (27)

где Ea– ЭДС обмотки якоря,

Ea=KДUн. (28)

KД- выбирается в пределах 0,85-0,97; p;a;nн - выбираются по табл.П.1; Φ- в соответствии с (12).

Число проводников в пазу

, (29)

где значение Nп округляется до ближайшего целого четного числа. Тогда число проводников, укладываемых в пазы якоря,

N=Nn*z . (30)

 

Расчет магнитной цепи

Магнитная система машины постоянного тока имеет 2р симметричных магнитных цепей. Каждая магнитная цепь машины состоит из семи однородных участков, соединенных последовательно: воздушный зазор между якорем и наконечником главного полюса, зубцовый слой якоря, спинка якоря, зубцовый слой полюсного наконечника главного полюса (если имеется компенсационная обмотка), сердечник главного полюса, зазор в стыке главного полюса и станины (возникающей из-за неплотного прилегания их поверхностей), станина. Замкнутый контур магнитных линий пары полюсов является симметричным относительно оси геометрической нейтрали (рис.1), поэтому расчет магнитной цепи постоянного тока достаточно производить на один полюс.

Для расчета магнитной цепи необходимо знать размеры всех участков магнитопровода, площади их сечения, магнитные потоки этих участков и материал, из которого они выполнены.

Для построения характеристики намагничивания машины постоянного тока необходимо определить сумму МДС всех участков магнитной цепи при значениях магнитного потока в воздушном зазоре Ф=0,5; 0,85; 1,0; 1,1; 1,2 Фн. По полученным данным строят характеристику машины постоянного тока

Φ=f(FΣ).

Расчет характеристики намагничивания производится по методике, изложенной в лекциях по курсу “Электрические машины”, а также в соответствии с рекомендуемой литературой /1,c.306-309/; /2,c.725-728/; /3,c.353-357/.

Примечание. Кривые намагничивания рекомендуемых марок сталей, представленные в приложении (рис.2), показывают участки насыщения данных материалов и соотношение между магнитными характеристиками. Для выполнения расчетов необходимо использовать табличное задание этих характеристик /3,c.462-465/.

Расчет характеристики намагничивания следует излагать по форме табл.П.3. Для приближенной оценки правильности расчета характеристики ее необходимо сравнивать с типовыми характеристиками намагничивания, построенными на рис.П.1 для различных коэффициентов насыщения:

На этих характеристиках приняты Φн и FΣН, соответствующие номинальному режиму работы.

Определите коэффициент насыщения рассчитанной магнитной цепи при работе машины в номинальном режиме, оцените, насколько оптимально выбраны соотношения размеров магнитной цепи. В оптимально спроектированных машинах Кнас=1,1-1,3.

 

Задание

При выполнении настоящей части расчетно-графического задания следует соблюдать следующую очередность работы:

выбрать исходные данные, определяющие обмотку якоря согласно варианту в табл.П.4;

выбрать тип обмотки:

произвести расчет шагов обмотки:

вычертить развернутую схему обмотки.

Теоретические пояснения

Обмотка якоря является важнейшим элементом машины и должна удовлетворять следующим требованиям:

обмотка должна быть рассчитана на заданные величины напряжения и тока нагрузки, соответствующие номинальной мощности;

обмотка должна иметь необходимую электрическую, механическую и термическую точность, обеспечивающую срок службы машины 15…20 лет;

конструкция обмотки должна обеспечивать удовлетворительные условия токосъема с коллектора, при которых не наблюдается разрушающего влияния искрения на пластины коллектора;

расход материала при заданных эксплуатационных показателях должен быть минимальным;

технология изготовления обмотки должна быть по возможности простой, что обуславливает снижение себестоимости всей машины.

В современных машинах наибольшее распространение получили якори с сердечниками из ферромагнитного материала, имеющими пазы на внешней поверхности. Обмотки, укладываемые в эти пазы, подразделяются на петлевые и волновые. В некоторых случаях оправдано исполнение обмотки якоря в виде сочетания обеих названных обмоток.

Основным элементом каждой обмотки является секция, которая состоит из одного или большего числа последовательно соединенных витков, присоединенных своими выводами к коллекторным пластинам. На схемах обмоток всегда принято секции обмоток изображать одинаковыми. Преимущественно распространение получили двухслойные обмотки, для которых характерно расположение одной из сторон секций в нижней части паза, а другой – в верхней.

В простейшем случае в пазу уложены две секционные стороны, и такой паз называется элементарным. При этом число пазов Z, число секций S и число коллекторных пластин K равны между собой.

Требование уменьшения пульсаций выпрямленных токов и напряжения, а также ограничения верхнего уровня напряжения между соседними коллекторными пластинами приводят к необходимости проектирования якорей в машинах постоянного тока с относительно большим числом коллекторных пластин. Вместе с тем изготовление якорей с большим числом пазов нельзя считать оправданным, так как при этом пазы получаются узкими, что приводит к уменьшению коэффициентов заполнения их обмоточным проводом. В итоге получается проигрыш в мощности. Кроме того, увеличения числа зубцов сопровождается удорожанием штамповочных работ и вызывает снижение механической прочности зубцового слоя якоря.

По изложенным соображениям обычно в каждом слое паза располагают рядом несколько (Uп=2,3,4,5,…) секционных сторон. При этом K=S=UпZ. В данном случае в каждом реальном пазу имеется элементарных пазов, так что в каждом слое элементарного паза лежит одна секционная сторона. Очевидно, что общее число элементарных пазов Zэ=UпZ.

При Uп>1 чаще всего секции имеют равную ширину, а иногда часть секций имеет меньшую, а часть большую ширину.

В первом случае обмотка называется равносекционной, а во втором – ступенчатой. Последняя обмотка менее технологична, ее применение оправдано в машинах с Pн> 500 кВт.

Для обеспечения наилучших условий работы машины необходимо, чтобы ЭДС всех параллельных ветвей обмотки и их сопротивления были равны между собой. В этом случае токи ветвей ia также будут равны между собой и определяются соотношением

, (31)

где Ia – ток якоря; а- число пар параллельных ветвей якорной обмотки.

Чтобы обмотка была симметричной, на каждую пару параллельных ветвей должно приходиться целое число (Ц.Ч.) секций и коллекторных пластин:

(32)

Для симметричного расположения параллельных ветвей в магнитном поле необходимо, чтобы

Z/a=Ц.Ч. и 2p/a= Ц.Ч. (33)

Соотношения (31) – (33) являются необходимыми условиями симметрии якорных обмоток и их соблюдение при проектировании обязательно.

В некоторых частных случаях возможно мотивированное отступление от перечисляемых условий симметрии, если при этом не происходит заметного ухудшения работы проектируемой машины.

Для характеристики обмотки якоря используют понятия шагов этой обмотки, которые обычно рассчитаны в числе элементарных пазов. Первый частичный шаг y1 определяет расстояние по поверхности якоря между начальной и конечной активными сторонами секции. Второй частичный шаг характеризует расстояние между конечной активной стороной данной секции и начальной активной стороной секции, следующей за ней по схеме якорной обмотки. Направление движения по якорю и коллектору слева направо принято считать положительным.

Расчет обмотки якоря

Исходная информация, определяющая обмотку якоря, изложена в табл.П.4 и содержит следующие сведения:

число полюсов машины 2p;

число параллельных ветвей обмотки ;

число пазов якоря Z;

число коллекторных пластин K.

После предварительного расчета первого частичного шага в элементарных пазовых делениях необходимо выполнить определение этого шага и в реальных пазовых делениях. В этом случае, когда первый частичный шаг в реальных пазовых делениях не оказывается целым числом, следует выполнить округление до ближайшего целого числа и затем произвести соответствующую корректировку рассчитанного шага обмотки в элементарных пазовых делениях. При таком подходе исключаются более сложные и дорогие неравносекционные обмотки.

В зависимости от типа якорной обмотки машин постоянного тока в обоснованных случаях используются уравнительные соединения /4,5/. Необходимость в таких соединениях диктуется наличием так называемых уравнительных токов. Уравнительные соединения, или уравнители, служат для того, чтобы разгрузить щетки от уравнительных токов и дать этим токам возможность замыкаться внутри самой обмотки. Уравнители соединяют внутри обмотки точки, которые имеют теоретически равные потенциалы.

На основании анализа выбранной схемы обмотки якоря необходимо определить максимально возможное число уравнительных соединений и несколько из них показать на схеме.

Развернутая схема обмотки якоря является иллюстрацией к текстовой части РПЗ. Поэтому при их выполнении следует полностью придерживаться норм оформления, изложенных выше в разделе “Общие методические указания”.

На развернутой схеме обмотки якоря в подрисуночном тексте должны быть указаны, в том числе, тип обмотки, число полюсов, число параллельных ветвей, число пазов (зубцов), число элементарных пазов в реальном пазу, первый и второй частичный шаги в элементарных пазовых делениях, результирующий шаг, шаг по коллектору.

Непосредственно на развернутой схеме должны быть обозначены полярность щеток, границы полюсных делений, полярность полюсов, контуры полюсных наконечников при коэффициенте полюсного перекрытия αδ=0,7, направление вращения якоря (при этом надо учитывать, что изображаемые на схеме обмотки полюсы находятся перед плоскостью чертежа), направление ЭДС во всех сторонах секций обмотки. При произвольно выбранных полярности полюсов машины и направлении вращения якоря для определения направления ЭДС в сторонах секций и, следовательно, для оценки полярности щеток следует использовать образцы однотипных схем в учебных пособиях и учебниках /1,2,4,5/.

Развернутая схема должна содержать две выделенные цветом либо толщиной линии и следующие друг за другом по схеме обмотки демонстрационные секции. Расстояние между соседними пазами на схеме должно выдерживаться в пределах (10…25) мм. Линия разреза поверхности якоря должна совпадать с осью симметрии (серединой) одного из его зубцов.

 

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Теоретические пояснения

Перед изучением трансформаторов повторите из курса “Теоретические основы электротехники” раздел “Цепи переменного тока с ферромагнитными элементами”. Уясните отличия цепей постоянного тока с ферромагнитными элементами от таких же цепей переменного тока. Повторите закон Ома для магнитной цепи. Объясните физическую сущность функциональной связи между потоком и намагничивающим током в цепи переменного тока по сравнению с цепью постоянного тока. Уясните физический смысл индуктивного сопротивления.

В основу построения теории трансформатора положен принцип постоянства рабочего потока, поскольку он создает основную противо-ЭДС, уравновешивающий приложенное напряжение (ЭДС рассеяния малы). На основе этого выводится важнейшее уравнение МДС трансформатора.

Сложные электромагнитные связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора заменяются электрической схемой замещения. Обратите внимание, что это стало возможным только после замены реального трансформатора приведенным.

С помощью схемы замещения и упрощенной векторной диаграммы легко проанализировать процессы в трансформаторе, его свойства и характеристики, их зависимость от характера нагрузки и т.д.

Следует обратить внимание на физический смысл такого параметра, как “напряжение короткого замыкания”, найти это напряжение на векторной диаграмме и в схеме замещения. Надо понимать, почему параметр “напряжение короткого замыкания” определяет рабочие характеристики, экономичность, возможность включения на параллельную работу и величину токов при аварийных коротких замыканиях. Необходимо добиться четкого понимания причин несинусоидальности тока холостого хода однофазного трансформатора, а также причин появления третьей гармоники в кривой потока в трехфазных трансформаторах на холостом ходу, причем в последних при разных группах соединений.

Изучая группы соединений трехфазных трансформаторов, полезно понять и запомнить, как изменяется группа соединений (т.е. на сколько электрических градусов сдвигается по фазе ЭДС) при определенном изменении маркировки зажимов обмоток трансформатора.

Параллельная работа трансформаторов возможна при выполнении определенных условий. Изучая эту тему, попытайтесь оценить допустимую величину отклонения от требуемых условий при включении трансформатора параллельно с другими.

Ток включения трансформатора на холостом ходу может достигать больших значений, при которых защита отключает трансформатор от сети. Ток внезапного короткого замыкания может разрушить трансформатор. Поэтому, изучая переходные процессы, необходимо сразу же находить и теоретически обосновывать способы ликвидации вредного влияния переходных токов (при конструировании трансформатора и его эксплуатации).

 

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Теоретическое пояснение

При неподвижном роторе теория асинхронной машины легко сводится к теории трансформатора.

Теория вращающейся асинхронной машины также приводится к теории неподвижного трансформатора. Это удается сделать на основании следующих соображений. МДС обмотки ротора вращается относительно ротора со скоростью, зависящей от скольжения. Сумма скоростей самого ротора, и его МДС равна синхронной скорости МДС статора. Следовательно, МДС статора и ротора относительно друг друга неподвижны. Поэтому можно построить пространственную диаграмму магнитодвижущих сил асинхронной машины (в отличие от временной диаграммы трансформатора). Далее, преобразуя уравнение МДС путем введения приведенного вторичного тока, мы получим то же самое уравнение МДС, но выраженное в виде суммы токов. Затем, применяя искусственный прием, формально математически освобождаем вторичные ЭДС и индуктивное сопротивление от скольжения, т.е. приводим их к величинам неподвижного ротора, и получаем схему замещения асинхронной машины, все параметры которой приведены к частоте сети и не зависят от скольжения, за исключением активного сопротивления в цепи нагрузки схемы замещения.

С помощью схемы замещения и соответствующих ей уравнений и векторных диаграмм, так же как и в трансформаторах, легко можно проанализировать любые режимы и характеристики асинхронной машины.

Основной характеристикой асинхронной машины является зависимость М(S). Главное здесь – умение анализировать эту зависимость.

Для тренировки постройте семейство кривых момента при разных значениях каждой величины, входящей в формулу момента, при прочих равных условиях. Покажите, как при конструировании изменить в заданном направлении параметры, например, индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора, ротора, активное сопротивление обмотки ротора, с тем чтобы получить требуемое значение пускового или максимального момента двигателя. Обратите внимание на то, каким образом повышается пусковой момент в глубокопазном двигателе или двигателе с двойной клеткой.

Все характеристики асинхронной машины могут быть построены с помощью круговой диаграммы, являющейся основным инструментом для анализа работы, для построения характеристик расчетным или опытным путем (по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания).

Обратите внимание на допущения при построении круговой диаграммы. На основании общей теории трехфазных асинхронных машин далее легко рассматриваются особенности их работы в специальных режимах: в генераторном, при обрыве фазы роторной обмотки, при однофазном и двухфазном статоре, а также в случае специального исполнения для работы в качестве поворотных трансформаторов, сельсинов, тахогенераторов и т.п.

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Теоретические пояснения

При изучении синхронных машин необходимо внимательнее рассматривать физическую картину явлений и стремиться раскрыть физический смысл каждой величины в уравнениях, описывающих тот или другой процесс.

Одним из важнейших вопросов теории синхронных машин является реакция якоря. Сравнивая реакцию якоря синхронной машины с реакцией якоря машины постоянного тока, можно обнаружить общие черты и ряд отличий. Если в машинах постоянного тока положение поля реакции якоря относительно поля возбуждения задавалось положением щеток, то в синхронной машине оно зависит от характера нагрузки (от угла сдвига между векторами тока и ЭДС).

Изучая влияние реакции на характеристики синхронной машины, следует сравнивать их с соответствующими характеристиками машины постоянного тока.

Необходимо обращать внимание на построение характеристик двумя способами: аналитически с помощью векторных диаграмм и опытным путем. Здесь же должны быть усвоены методы определения параметров.

Несимметричная нагрузка синхронной машины исследуется методом симметрических составляющих. Вводятся новые параметры – индуктивные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей. Следует разобраться в физических основах опытного определения этих параметров и понять, например, почему в синхронных машинах, в отличии от трансформаторов, сопротивление обратной последовательности значительно меньше сопротивления прямой последовательности, как зависит его величина от конструкции демпферной клетки, почему на значение индуктивного сопротивления нулевой обмотки последовательности влияет укорочение шага обмотки статора.

Внезапное короткое замыкание изменяет физические условия внутри машины. Поток реакции якоря не может в первые моменты времени пройти сквозь демпферную клетку и обмотку возбуждения, и вынужден обходить их. Проводимость потоку реакции якоря уменьшается, что приводит к уменьшению индуктивных сопротивлений. Здесь в теории синхронных машин вводятся новые параметры: сверхпереходные и переходные индуктивные сопротивления, существующие только во время переходного режима. Необходимо уяснить сущность этих параметров и отчетливо представить физическую картину явлений, чтобы легче понять вывод основных уравнений, которые надо уметь анализировать.

Режим работы синхронной машины, работающей параллельно с сетью бесконечной мощности, отличается от режима работы отдельного синхронного генератора. Частота и напряжение сети постоянны. Следовательно, скорость вращения поля статора и напряжение на его зажимах измениться не могут.

При изменении момента на валу и постоянном токе возбуждения синхронная машина работает в режиме угловой характеристики. Необходимо отчетливо представлять физическую картину явлений, происходящих при переходе синхронной машины из генераторного в двигательный режим.

При постоянном моменте с изменением тока возбуждения машина работает в режиме U-образной характеристики. Изучая этот вопрос, необходимо уяснить, каким образом происходит обмен реактивной мощности машины с сетью при работе в режиме двигателя и генератора.

Статическая и динамическая устойчивость определяют способность машины устойчиво работать в энергетической системе. Пределом статической устойчивости является максимальная электромагнитная мощность. Для ее увеличения необходимо проектировать машину с большим значением ОКЗ, что приводит к росту воздушного зазора и, следовательно, к увеличению размеров, веса и стоимости машины. Поэтому лишний запас статической устойчивости экономически нецелесообразен. Динамическую устойчивость увеличивают искусственно – путем создания быстроотзывчатых автоматических систем форсировки возбуждения.

При изучении синхронных двигателей обратите внимание на особенности их пуска, а также на реактивные двигатели.

 

Таблица П.1

К РГЗ-1

Таблица П.2

К РГЗ-1

Таблица П. 3

К РГЗ-1

Таблица П.4

К РГЗ-1

<







Последнее изменение этой страницы: 2016-12-30; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 100.24.209.47 (0.038 с.)