Уравнения рабочего процесса в АМ.

Уравнение напряжения обмотки статора

, (2.8)

где U ₁ — напряжение, подводимое к обмотке статора; Е ₁— ЭДС, наводимая в обмотке статора; Z ₁= r ₁+ jx ₁ — комплексное сопротивление обмотки статора, состоящее из активного сопротивления обмотки статора r ₁и ее индуктивного сопротивления рассеяния x ₁; I ₁ — ток в обмотке статора.

Уравнения напряжения эквивалентного неподвижного ротора

, (2.9)

где Z _2э = r ₂/s+ jx ₂.; Z ₂ = r₂ + jx₂ – полное сопротивление обмотки неподвижного ротора.

Уравнение МДС

. (2.10)

С учётом () уравнение (2.10) запишем в виде

После преобразований получим уравнение для токов

, (2.11)

где .

Электродвижущие силы Е ₁и Е ₂ индуцируются в обмотках асинхронной машины основным потоком Ф, являющимся потоком взаимной индукции. Этот поток создается результирующей МДС F ₁₂. Результирующей МДС F ₁₂ пропорционален ток I ₁₂, который согласно (2.11) можно считать составляющей тока статора I ₁:

(2.12)

 

Вопрос 3 Характеристика ХХ.

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость напряжения генератора U от тока возбуждения при постоянном числе оборотов п в токе якоря = 0: U = f(IB). Характеристика холостого хода имеет две ветви — восходящую и нисходящую (рис. 299). Остаточный магнетизм полюсов и ярма при отсутствии возбуждения обусловливает некоторое напряжение, обычно равное 2-3% UH.

Рис. 299. Характеристика холостого хода.

Нисходящая ветвь из-за остаточного магнетизма проходит несколько выше восходящей.
Характеристика холостого хода позволяет судить о магнитных свойствах машины, во многом определяет другие характеристики, являющиеся как бы производными от нее.

 

 

Билет 19

Вопрос 1 Линейные, дуговые, электрические машины

Устройство линейного (а) и дугового (б) асинхронных двигателей показано на рис. Магнитопровод статора 1 линейного двигателя имеет форму параллелепипеда, дугового двигателя — дугового сектора. Разноименнополюсная трехфазная первичная обмотка 2 размещается в линейном двигателе в пазах на одной из граней параллелепипеда, в дуговом двигателе — в пазах на внутренней (или внешней) цилиндрической поверхности дугового сектора. Подвижная часть в линейном двигателе перемещается поступательно. Ее магнитопровод 4, как и магнитопровод статора, имеет форму параллелепипеда (рис., а). В пазах на поверхности подвижного магнитопровода, обращенной к статору, размещается короткозамкнутая обмотка 3. Подвижная часть в дуговом двигателе вращается. Она называется, как и в обычном двигателе, ротором. Ротор 4 имеет форму полого цилиндра (рис., б). В пазах на его наружной цилиндрической поверхности размещается короткозамкнутая обмотка 3. Как в линейном, так и в дуговом двигателе подвижная часть может быть выполнена массивной из магнитного материала. Причем в этом случае отпадает необходимость в короткозамкнутой обмотке, а иногда в качестве ротора удается использовать цилиндрические массивные детали рабочей машины.

Рабочие свойства двигателей в зависимости от исполнения подвижной части аналогичны свойствам двигателя либо с короткозамкнутым ротором, либо с массивным ротором. Однако энергетические показатели линейных и дуговых двигателей хуже, чем у машин с кольцевым статором. Объясняется это тем, что в этих двигателях возникают краевые эффекты, так как их статоры не замкнуты в кольцо.

Линейные асинхронные машины можно использовать для получения возвратно-поступательного движения за счет периодического изменения чередования фаз обмотки статора, например, в металлообрабатывающих станках. В этом случае длина подвижной части должна быть больше длины неподвижной на требуемое перемещение. Однако из-за существенного увеличения массы перемещающейся детали станка за счет массы подвижной части двигателя, а также энергии, бесполезно теряемой в каждом цикле ускорения и торможения, такие линейные двигатели заметного распространения не получили. Более перспективно использование линейных двигателей в электрической тяге, в особенности для высокоскоростного транспорта. На рис. 12 показана возможная схема применения линейного асинхронного двигателя на электровозе. Магнитопровод статора 1 вместе с многофазной обмоткой 2 укреплен на электровозе и присоединен к сети переменного тока. Образуется бегущее поле, взаимодействующее с массивным ферромагнитным телом — рельсом 3 и стремящееся увлечь его за собой. Но так как рельс неподвижно закреплен, приходит в движение со скоростью v статор вместе с электровозом. Дуговые машины применяются в тех случаях, когда ротор требуется привести во вращение со сравнительно небольшой угловой скоростью.

Тяговый линейный двигатель

Действительно, статор дуговой машины, имеющий число периодов р и занимающий дугу с центральным углом уд (рис. 1, б), создает на радиусе R поле, вращающееся с линейной скоростью.
Применение дугового двигателя особенно выгодно при использовании в качестве ротора массивного ферромагнитного цилиндра, являющегося частью машины, потребляющей механическую энергию.

https://leg.co.ua/info/elektricheskie-mashiny/lineynye-i-dugovye-asinhronnye-dvigateli.html

Вопрос 2 Условия устойчивости работы электродвигателя. ПТ

При работе двигателя всегда возникают определенные возмущения режима работы (кратковременные колебания напряжения сети, случайные кратковременные изменения момента нагрузки на валу и так далее). Такие возмущения чаще всего бывают небольшими и кратковременными, однако при этом происходят, хотя также небольшие и кратковременные, нарушения равенства моментов установившегося режима работы, вследствие чего возникает момент M _дин и изменяется скорость вращения.

Под устойчивостью работы двигателя понимается его способность вернуться к исходному, установившемуся режиму работы при малых возмущениях, когда действие этих возмущений прекратится. Иными словами, работа двигателя называется устойчивой, если бесконечно малые в пределе возмущения его работы вызывают лишь столь же малые изменения величин, характеризующих режим его работы, например скорости вращения, тока якоря и так далее. Двигатель неустойчив в работе, если подобные малые возмущения приводят к большим изменениям режима работы. При неустойчивой работе небольшие кратковременные возмущения вызывают либо непрерывное изменение режима (n, I _а и так далее) в каком-либо одном направлении, либо приводят к колебательному режиму с возрастанием амплитуд колебаний n, I _а и так далее. Естественно, что в условиях эксплуатации необходимо обеспечить устойчивый режим работы двигателя. При неустойчивости двигателя нормальная его работа невозможна, и обычно происходит авария.

Устойчивость работы двигателя зависит от вида его механической характеристики M = f (n) и от вида зависимости момента сопротивления на валу от скорости вращения M _ст = f (n). Вид последней зависимости определяется свойствами рабочей машины, приводимой в движение двигателем. Например, у металлорежущих станков, если установка резца не изменяется, M _ст ≈ const, то есть M _ст не зависит от скорости вращения, а у вентиляторов и насосов M _ст ∼ n _в квадрате.

Рисунок 1. Устойчивый (а) и неустойчивый (б) режим работы двигателя

 

На рисунке 1, а и б изображены два характерных случая работы двигателя. Установившемуся режиму работы (M = M _ст) со скоростью вращения n ₀ соответствует точка пересечения указанных двух характеристик.

Если зависимости M = f (n), и M _ст = f (n) имеют вид, изображенный на рисунке 1, а, то при случайном увеличении n в результате возмущения на Δ n тормозной момент M _ст станет больше движущего M (M_ст > M) и поэтому двигатель будет затормаживаться, что заставит ротор вернуться к исходной скорости n ₀. Точно так же, если в результате возмущения скорость двигателя уменьшится на Δ n, то будет M _ст < M, поэтому ротор станет ускоряться и снова будет n = n ₀. Таким образом, в рассматриваемом случае работа устойчива. Как следует из рисунка 1, а, при этом

(2)

что и является признаком, или критерием, устойчивости работы двигателя.

При зависимостях M = f (n) и M _ст = f (n) вида рисунка 1, б работа неустойчива. Действительно, при увеличении n от n = n ₀ до n = n ₀ + Δ n будет M > M _ст, возникнет избыток движущего момента, скорость n начнет нарастать, причем избыточный момент M – M _ст увеличится еще больше, n еще возрастет и так далее. Если в результате возмущения n = n ₀ – Δ n, то M < M _ст и n будет непрерывно уменьшаться. Поэтому работа в точке M = M _ст и n = n ₀ невозможна. Как следует из рисунка 1, б, в этом случае

(3)

что является признаком неустойчивости работы двигателя.

Из изложенного следует, что двигатель с данной механической характеристикой M = f (n) может работать устойчиво или неустойчиво в зависимости от характеристики M _ст = f (n) рабочей машины. Возникновение неустойчивости наиболее вероятно при такой механической характеристики двигателя M = f (n) или n = f (M), когда M и n увеличиваются или уменьшаются одновременно (рисунок 1, б). В частности, в этом случае работа неустойчива при M _ст = f (n) = const (например, металлорежущие станки). Поэтому двигателей с такими механическими характеристиками не строят.

 

Вопрос 3 Опыт холостого хода и короткого замыкания трансформатора

1. Опыт холостого хода. Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряжение , а вторичная обмотка разомкнута

 

Схема опыта холостого хода

Режим холостого хода позволяет опытным путем установить следующие характерные для трансформатора величины: а) коэффициент трансформации; б) ток холостого хода; в) потери мощности в стали.

Коэффициент трансформации трансформатора

,

где и – число витков обмоток.

Мощность определяет затраты энергии в пределах трансформатора. Она приблизительно равна потерям в стали, поскольку потери в стали независимы от нагрузки трансформатора, так как при работе трансформатора магнитный поток почти не меняется. Поэтому при любой нагрузке.

При холостом ходе . Коэффициент мощности нагруженного трансформатора в основном зависит от коэффициента мощности нагрузки. При холостом ходе обычно не превышает 0,2…0,3.

2. Опыт короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора – испытательный режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, а в первичную включено такое пониженное напряжение, чтобы ток первичной обмотки был равен номинальному. Это напряжение, называемое напряжением короткого замыкания, является одной из постоянных, характеризующих трансформатор. Обычно оно составляет 5…10 % номинального напряжения.

Рис. 10.2. Схема Схема опыта короткого замыкания

Потери в обмотках трансформатора определяются с помощью опыта короткого замыкания.

Мощность, затраченная при коротком замыкании, почти целиком расходуется на нагревание обмоток трансформатора. По мощности потерь при коротком замыкании можно рассчитать потери в обмотках при любой нагрузке трансформатора. Для этого потери при замыкании относят к току только первичной обмотки и некоторому условному сопротивлению , выражающему пропорциональность между током и мощностью:

; .

Тогда потери в обмотках, или потери в меди , при любой нагрузке находятся из значения тока первичной обмотки: .

Также потери в меди можно определить, используя коэффициент загрузки

; .

Коэффициент полезного действия трансформатора рассчитывается из соотношения мощностей, приложенных ко вторичной и первичной обмоткам:

,

где – потери мощности в трансформаторе.

Билет 20

Вопрос 1 Работа машины постоянного тока под нагрузкой.

Как и все электрические машины, машина постоянного тока об­ратима. Она работает в режиме генератора, если ее якорь вращается первичным двигателем, главное магнитное поле возбуждено, а цепь якоря соединена через щетки с приемником. При таких условиях под действием ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря, в замкнутой цепи якорь — приемник возникает ток, совпадающий с ЭДС по направлению.

Взаимодействие тока якоря с главным магнитным полем создает на валу генератора тормозной момент, который преодолевается пер­вичным двигателем. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

В двигательном режиме цепи якоря и возбуждения машины при­соединены к источнику электроэнергии. Взаимодействие тока яко­ря с главным магнитным полем создает вращающий момент. Под действием последнего вращающийся якорь преодолевает момент нагрузки на валу. Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую. При этом ЭДС якоря противодействует току в цепи якоря и направлена ему навстречу.