раздел 6. асинхронные и синхронные машины переменного тока

Методические указания. При изучении теории электрических машин важно понять, как законы электромагнитной индукции и электромагнитной силы связаны с появлением вращающего момента. Для усвоения разделов важно понять физику процессов, происходящих в электрических машинах.

Асинхронная машина – машина переменного тока, у которой в установившемся режиме частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора. Применяется в качестве двигателя (АД). АД имеет две основные части – статор и ротор.

Статор состоит из корпуса (стальной или чугунной), сердечника (из электротехнической стали), обмотки.

Ротор АМ набирают из тонких листов электротехнической стали. В пазах ротора размещают обмотку, которая может быть коротокозамкнутой (рис. 16) или фазной (рис. 17).

Рис. 16 - Короткозамкнутый ротор	Рис. 17 - Электрическая схема фазного ротора

Принцип действия АД основан на использовании вращающегося магнитного поля и основных законов электротехники. Работа АД основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля обмотки статора с током ротора.

Для создания вращающегося магнитного поля статора асинхронного двигателя необходимы следующие условия: пространственный сдвиг обмоток и фазовый сдвиг токов в них.

Фундаментальным понятием в теории АД является понятие скольжения S. При неподвижном ( ) роторе скольжением S=1 обладает двигатель в момент пуска.

Скольжение – относительное отставание частоты ротора от частоты вращения магнитного поля статора :

Частота вращения магнитного поля статора: .

Частота вращения ротора: .

Частота тока ротора: .

Механическая характеристика АД – это зависимость частоты вращения от момента на валу (рис. 18).

Рис. 18 - Механическая характеристика АД

Здесь ; Б – максимальный М;

В – пусковой M_п;

У – установившийся режим;

П – перегруз;

НУ – неустановившийся режим.

В асинхронном двигателе увеличение токов ротора обуславливает увеличение токов статора, следовательно возрастание мощности, потребляемой двигателем из сети.

Регулирование частоты вращения двигателя возможно:

- изменением частоты (частотное);

- изменением числа пар полюсов p (полюсное), экономичный способ;

- изменением скольжения S;

- изменением сопротивления цепи ротора (реостатное), только для АД с фазным ротором.

АД не имеет явно выраженных полюсов.

КПД АД вычисляется как - это отношение полезной, т.е. мощности на валу (паспортной) к потребляемой мощности из сети. Большее значение КПД имеет двигатель большой мощности.

Кроме активной мощности двигатель потребляет реактивную мощность Q₁, которая необходима для создания вращающегося магнитного поля статора.

Коэффициент мощности:

,

где S – полная мощность (В·А).

Коэффициент загрузки:

,

где - мощность, допустимая по нагреву.

Двигатель АД должен работать при загрузке, близкой к номинальной при .

Синхронная машина (СМ) – машина переменного тока, у которой в установившемся режиме частота вращения ротора и частота вращения магнитного поля статора одинаковы (применяются в качестве генераторов СГ).

Роторы СМ бывают:

- явнополюсные (рис. 19а);

- неявнополюсные (рис. 19б).

а) б)

Рис. 19 – Роторы СМ: а) явнополюсный; б) неявнополюсный

Принцип действия синхронного генератора (СГ) основан на явлении электромагнитной индукции.

Характеристика холостого хода СГ представлена на рис. 20.

Рис. 20 - Характеристика холостого хода СГ

Принцип действия синхронного двигателя (СД) основан на явлении притяжения разноименных полюсов двух магнитных полей – статора и ротора.

Частота вращения магнитного поля статора:

,

где - частота тока питающей сети; - число пар полюсов.

При максимальная частота вращения магнитного поля статора равна 3000 об/мин.

Механическая характеристика СД – это зависимость частоты вращения от момента на валу (см. рис. 21).

Рис. 21 - Механическая характеристика синхронного двигателя

СМ, специально предназначенная для увеличения коэффициента мощности ( ) в электрической сети, называется компенсатором. Она работает вхолостую и загружена только реактивным током. Имеет облегченную конструкцию, малые размеры и массу.

В СМ имеет место реакция якоря – воздействие поля якоря на магнитное поле главных полюсов. Для уменьшения реакции якоря уменьшают магнитный поток Ф статора за счет увеличения воздушного зазора между ротором и статором.

Отличие СМ от АМ:

- постоянство частоты вращения;

- наличие собственного магнитного якоря;

- наличие реакции якоря.

Варианты контрольных заданий

Таблица 1.

Вариант
		0,8	3,0	0,78	0,86		2,2	1,9	7,0
		1,1	3,0	0,795	0,87		2,2	1,9	7,0
		1,5	4,0	0,805	0,88		2,2	1,8	7,0
		2,2	4,5	0,83	0,89		2,2	1,8	7,0
		3,0	3,5	0,845	0,89		2,2	1,7	7,0
		4,0	2,0	0,855	0,89		2,2	1,7	7,0
		5,5	3,0	0,86	0,89		2,2	1,7	7,0
		7,5	3,5	0,87	0,89		2,2	1,6	7,0
			4,0	0,88	0,89		2,2	1,5	7,0
			3,5	0,88	0,89		2,2	1,5	7,0
			3,5	0,88	0,90		2,2	1,2	7,0
			3,5	0,88	0,90		2,2	1,1	7,0
			3,0	0,89	0,90		2,2	1,1	7,0
			3,0	0,89	0,91		2,2	1,0	7,0
			3,0	0,90	0,92		2,2	1,0	7,0
			3,0	0,90	0,92		2,2	1,0	7,0
			2,5	0,915	0,92		2,2	1,0	7,0
			3,0	0,885	0,87		2,0	1,4	7,0
			3,0	0,885	0,89		2,0	1,3	7,0
			3,0	0,89	0,89		2,0	1,3	7,0

Пример:

Трехфазный АД имеет следующие данные: ; ; ; ; ; ; .

Определить: потребляемую мощность, номинальный и максимальный вращающий моменты, пусковой ток , , ; построить механическую характеристику .

Решение: .

.

.

.

А , .

Ближайшее большое значение находим по табл. 2

Таблица 2

об/мин

.

Задаваясь скольжением S от 0 до 1, подсчитаем момент:

, .

Частоту вращения определяем из уравнения .

По полученным данным строим механическую характеристику.

Задача:

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, номинальная мощность которого , включен в сеть под номинальным напряжением с частотой .

Определить: номинальный и пусковой токи , номинальный и пусковой , максимальный моменты. Построить механическую характеристику. Данные для расчета приведены в табл. 1.

литература

1) Волынский Б.А. Электротехника / Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е.Шатерников. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 528с.;

2) Амирова С.С. Общая электротехника: учебно-методическое пособие / С.С.Амирова, В.И. Елизаров, Р.Н.Галиахметова. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2003. – 136с.;

3) Амирова С.С. Тестовый подход к изучению электротехники и электроники: учеб. пособ. / С.С.Амирова, Д.В. Елизаров, В.Г.Макаров и др. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2008. – 80с.;

4) Марченко А.Л. Основы электроники: учеб. пособ. для вузов / А.Л.Марченко. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 296с.

Поиск по сайту: