ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Луценко Владимир Никифорович Ст. преподаватель Для

>ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Луценко Владимир Никифорович Ст. преподаватель Для студентов неэлектротехнических специальностей Один семестр ЗАЧЁТ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Луценко Владимир Никифорович Ст. преподаватель Для студентов неэлектротехнических специальностей Один семестр ЗАЧЁТ

>ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Библиографический список Основной: 1. Электротехника. Под. ред. В. С. Пантюшина- М.: Высшая ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Библиографический список Основной: 1. Электротехника. Под. ред. В. С. Пантюшина- М.: Высшая школа, 1976. 2. Электротехника. А. С. Касаткин, М. В. Немцов – М.:Академия, 2005, (2003). Дополнительный: Основы промышленной электроники. Под. Ред. В. Г. Герасимова – М.: Высшая школа, 1978. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника.- М.: Высш.шк., 1991.

>Основы электрооборудования Введение Электрооборудование – комплекс электрических устройств для получения, распределения и использования электроэнергии. Основы электрооборудования Введение Электрооборудование – комплекс электрических устройств для получения, распределения и использования электроэнергии. Состав э.о. – трансформаторы, эл. машины, электронные приборы, выпрямители и множество пусковой и распределительной аппаратуры

>Тема 1.            Тема 1. Трансформаторы Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат,предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте. По конструкции и применению трансформаторы разделяют на силовые, сварочные, измерительные, специальные

>Историческая справка 1876 г.- П. Я. Яблочков изобрёл трансформатор с разомкнутым магнитопроводом и применил Историческая справка 1876 г.- П. Я. Яблочков изобрёл трансформатор с разомкнутым магнитопроводом и применил для питания электрической свечи. 1885 г.- венгры М. Дери, О. Бладт, К Ципер- новский разработали однофазные трансфор- маторы для промышленности. 1889г.- 91г.– М.О.Доливо –Добровольский, Н.Тесла разработали трёхфазные трансфор- маторы. По конструкции и применению трансформаторы разделяют на силовые, сварочные, измерительные, специальные.

>Принцип действия однофазного трансформатора Принцип действия однофазного трансформатора

>Принцип действия однофазного трансформатора Принцип работы в режиме холостого хода Вторичная обмотка разомкнута. В Принцип действия однофазного трансформатора Принцип работы в режиме холостого хода Вторичная обмотка разомкнута. В первичной синусоидальное напряжение U1 и I1x – ток х. х. МДС F1= I1xW1 вызывает поток Ф и в обмотках индуктируется ЭДС е1 и е2 Действующие значе- ния ЭДС пропорциональны числам витков:. E1 = 4,44fW1Фm; E2 = 4,44fW2Фm.

>Коэффициент трансформации .   Отношение Э.Д.С., равное отношению чисел витков наз.коэффициентом трансформации трансформатора Коэффициент трансформации . Отношение Э.Д.С., равное отношению чисел витков наз.коэффициентом трансформации трансформатора : Е1 /Е2 = w1 /w2 = n. При Е1 < Е2, - трансформатор повышающий, при Е1 > Е2 - трансформатор понижающий. Так как при холостом ходе E1≈ U1, а E2= U2, то для понижающего трансформатора U1> U2, n = U1ном./U2 ном.= W1/W2, для повышающего трансформатора U2>U1,

>Коэффициент трансформации   З А Д А Ч А 1.   Коэффициент трансформации З А Д А Ч А 1. Задача № 1.1 Д а н о: номинальная мощность трансформатор S1ном= 3кВ*А, напряжение питающей сети U1ном= 127 В, вторичное напряжение при холостом ходе U20= 60 В, число витков вторичной обмотки w2 = 40. О п р е д е л и т ь: коэффициент трансформации n, число витков первитчной обмотки трансформатора w1, номинальные токи в обмотках трансформатора I1ном. и I2ном Ответ: n = 2,11; w = 84,4; I1НОМ= 23,6 А; I2НОМ= 50 А.

>Холостой ход трансформатора Холостой ход трансформатора

>Уравнение электрического состояния трансформатора Режим холостого хода Часть потока Ф1d- поток рассеяния. Он наводит Уравнение электрического состояния трансформатора Режим холостого хода Часть потока Ф1d- поток рассеяния. Он наводит в витках e1d– ЭДС рассеяния, в расчётах их представим как u1d падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния x1d= ωL1d , где L1d=Ψ1d/i1x, Ψ1d- потокосцепление рассеяния первичной обмотки u1d= L1ddi1x/dt или в комплексной форме U1d= jX1dI1x.

>Уравнение электрического состояния для первичной обмотки трансфор-а. По второму закону Кирхгофа, для контура первичной Уравнение электрического состояния для первичной обмотки трансфор-а. По второму закону Кирхгофа, для контура первичной обмотки: u1= -e1 + R1i1x+ L1ddi1x/dt u1= - e1+ R1i1x+ u1d. Где u1d= L1ddi1x/dt – падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния. В комплексной форме U1d = jX1dI1x, U1= - E1+ R1I1X + jX1dI1X Этому уравнению соответствует векторная диаграмма.

>Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода

>Построение векторной диаграммы при холостом ходе трансфрматора       Построение векторной диаграммы при холостом ходе трансфрматора Откладываем вектор Ф=ФmSin ωt, I0- опережает Ф на угол потерь δ. ЭДС Е1 и Е2- отстают от Ф на π/2. Ток хол. хода , где IP – является намагничивающим током, Ia – определяется потерями в стали магнитопровода, φ0 – сдвиг фаз близок к 900. Ток х.х. очень мал. Поэтому можно принять На диаграмме вектор U1, равный и противоположный вектору Е1

>Рабочий режим трансформатора Рабочий режим трансформатора

>Уравнения для первичной обмотки:          Уравнения для первичной обмотки: e1 = - u1+ R1i1+ L1ddi1/dt, u1= - e1+R1i1+u1d, или в комплексном виде : U1= - E1+R1I1+jX1dI1, где R1 + jX1d = Z1 Для вторичной цепи: e2=u2- R2i2- u2d, где u2d=L2ddi2/dt – падение напряжения на сопротивлении рассеяния. В комплексной форме U2=E2+ R2I2+ jX2dI2 , где R2 + jx2 = Z2 Рабочий режим трансформатора

>Уравнение магнитодвижущих сил  МДС для мгновенных значений:   i1w1 - i2w2= F1 Уравнение магнитодвижущих сил МДС для мгновенных значений: i1w1 - i2w2= F1 – F2 = F. В режимах от х.х. до номинального поток Ф не изменяется при неизменном U1, поэтому: i1w1 - i2w2 = i1xw1 или I1w1 + I2w2 = I1Xw1. Разделив на w1 получим I1 – I2w2/w1 = I1X. Обозначив I2w2/w1 = I2’; I1 – I2’ = I1x или I1X + I2’ = I1 I1X – определяет основной магнитный поток Ф; I2’–компенсирует размагничивающее действие тока I2. Пренебрегая I1X имеем I1/I2 =W2/W1 или с индексами В и Н, IBH/IHH = WHH/WBH

>Последовательность построения диаграммы Строим вектор I2’ в произвольном направлении. Вектор U2’ опережает I2’ на Последовательность построения диаграммы Строим вектор I2’ в произвольном направлении. Вектор U2’ опережает I2’ на угол φ2. Строим E2’= U2’ + R2’I2’ + jX2dI2’. Строим I1 = I2’ + I1x, где I1x – опережает вектор Ф на угол потерь δ. Вектор напряжения первичной обмотки строим по уравнению электрического состояния U1 = E1 + R1I1 + jX1dI1.

>Векторная диаграмма приведенного трансформатора Векторная диаграмма приведенного трансформатора

>Рабочий режим трансформатора     задача 3. Задача 1.5   О Рабочий режим трансформатора задача 3. Задача 1.5 О п р е д е л и т ь ток I1 в линии, если амперметр , включенный в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, показывает I2= 4A, а номинальные первичный и вторичный токи трансформатора тока I1ном= 50А, I2ном= 5А. Ответ: I1= 40A.

>Рабочий режим трансформатора Задача № 4 Д а н о: частота питающей сети Рабочий режим трансформатора Задача № 4 Д а н о: частота питающей сети f = 50Гц, число витков обмоток трансформатора w1=250 и w2=1250, площадь поперечного сечения магнитопровода S = 4 см2, амплитудное значение магнитной индукции Bm= 1Тл. О п р е д е л и т ь: коэффициент трансформации трансформатора n и действующие значения ЭДС обмоток однофазного трансформатора Е1 и Е2.

>Примем W2’=W1=nW2  тогда E2’=E1=nE2; U2’=U1=nU2 ; I2’=I2W2/W1=I2/n;  R2’=R2(I2/I2’)2=n2R2 ;  аналогично X2’=n2X2. Примем W2’=W1=nW2 тогда E2’=E1=nE2; U2’=U1=nU2 ; I2’=I2W2/W1=I2/n; R2’=R2(I2/I2’)2=n2R2 ; аналогично X2’=n2X2. С учётом указанных соотношений система уравнений имеет вид: U1=E1+ R1I1+ jX1I1, E2’=E1=U2’+ R2’I2’+ jX2’I2’, I1X=I1- I2’. Приведение параметров вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки

>Схема замещения приведенного трансформатора Схема замещения приведенного трансформатора

>Приведенный трансформатор математически описывается уравнениями электрического состояния:  U1 = E1 + R1I1 + Приведенный трансформатор математически описывается уравнениями электрического состояния: U1 = E1 + R1I1 + jX1dI1 U2’= E2’- R2’I2’- jX2dI2’ I1 = I1X+ I2’. При токе I1X , мощность потерь в сопротивлении ветви холостого хода R0 , эквивалентна потерям в магнитопроводе, т.е. R0I21X= DP Комплексное сопротивление ветви холостого хода Z0 = R0 + Jx0. Падение напряжения на ветви холостого хода при токе I1X: U0= I1XZ0= E1 = E2’. Схема замещения приведенного трансформатора

>Упрощённая схема замещения трансформатора В упрощённой схеме замещения не учитывают ток холостого хода из-за Упрощённая схема замещения трансформатора В упрощённой схеме замещения не учитывают ток холостого хода из-за его малости. Сопротивления короткого замыкания RK= R1+ R2’ и XK= X1d+ X2d.

>ЗАДАЧА № 5 Задача № 1.6   Д а н о:  трёхфазный ЗАДАЧА № 5 Задача № 1.6 Д а н о: трёхфазный трансформатор S1ном= 50 кВ*А. Обмотки соединены по схеме «звезда»; номинальные напряжения обмоток: U1ном= 6 Кв, U2ном= 0,525 Кв, частота питающего напряжения fном= 50 Гц, ток холостого хода I0= 7%I1ном, мощность холостого хода Р0= 0,350 кВт, напряжение к. з. Uk= 5,5%, мощность к. з. Рк= 0,325 кВт. О п р е д е л и т ь параметры упрощённой (Г – образной) схемы замещения (см. рис.) трансформатора.

>Потери и КПД трансформатора Уравнение баланса мощности в цепи с транс- форматором:  P1= Потери и КПД трансформатора Уравнение баланса мощности в цепи с транс- форматором: P1= P2+ DP = P2+ DPСТ+ DPM. P1 – активная мощность, поступающая из сети. P2=U2I2cos j2-активная мощность потребителей. PСТ- мощность потерь в стали. PM- мощность потерь в проводах обмоток. P = DPCT+ DPM – суммарная мощность потерь в трансформаторе.

>КПД трансформатора можно вычислить по         КПД трансформатора можно вычислить по формуле: Введём понятие коэффициента нагрузки b = P1/P1.ном=P2/P2.ном Из опытов х.х. и к.з. имеем: DPст= Px; DPM= RkI12=b2RkI12= b2PK.НОМ. Тогда К.П.Д. Где Px – показание ваттметра при опыте хол. Хода. PK.HOM= R1I12HOM= R2.I2.2HOM- показание ваттметра при к.з. КПД трансформатора

>КПД трансформатора          Задача 6. КПД трансформатора Задача 6. Задача № 1.7 Д а н о: трёхфазный трансформатор ТМ – 100/6, обмотки включены по схеме «звезда», S1ном= 100 кВ*А, линейные напряжения U1ном= 6 кВ, U2ном= 0,525 кВ, потери холостого хода Р0= 600 Вт, потери короткого замыкания при номинальном токе Рк= 2400 Вт. О п р е д е л и т ь: коэффициент трансформации n и КПД η трансформатора при номинальной нагрузке (cos φ2 = 0,8).

>Коэффициент трансформации        З А Д А Ч Коэффициент трансформации З А Д А Ч А 2. Задача № 1.3 Д а н о: трёхфазный трансформатор, число витков первичной обмотки w1= 2002, вторичной w2= 134, номинальное линейное напряжение первичной обмотки U1ном= 6000 В. О п р е д е л и т ь: коэффициент трансформации n и номинальные действующие значения первичного и вторичного фазных U1ф ном, U2ф ном и линейных U1л ном и U2л ном напряжений, при соединении обмоток соответственно «звезда – звезда» и «звезда – треугольник».

>Тема 1.1            Тема 1.1 Однофазные трансформаторы Основная литература: [1],c.258-279, [2],c. 193-210. Контрольные вопросы: Назначение трансформаторов. Основные элементы однофазных трансформаторов.Назначение магнитопровода трансформатора.Какие явления положены в основу принципа действия трансформатора.Что такое коэффициент трансформации? Области применения трансформаторов. Потери мощности в однофазных трансформаторах. Цель испытания трансформаторов. Зависимость КПД трансформаторов от коэффициента нагрузки. Схемы лабораторных установок для проведения опытов холостого хода и короткого замыканиятрансформаторов.

>Тема 1.2       Трёхфазные и измерительные трансформаторы. Автотрансформаторы В Тема 1.2 Трёхфазные и измерительные трансформаторы. Автотрансформаторы В трёхфазной цепи применяется группа из трёх однофазных тр-ов или один трёхфазный.Обмотки Соединяют звездой или треугольником. Начала обмоток обозначаются А,В,С,а,в,с, концы X,Y,Z,x Y,z. Наиболее распространённые схемы и группы соединения обмоток трансформаторов: Y/Y – 12 – звезда-звезда, группа 12; Y/D – 11 – звезда – треугольник, группа 11; Y/Y0- 12 – звезда – звезда с нулём, группа 12.

>Группа из трёх однофазных трансформаторов Группа из трёх однофазных трансформаторов

>Устройство и особенности трёхфазных трансформаторов  Трёхфазный трёхстержневой трансформатор имеет на каждом стержне две Устройство и особенности трёхфазных трансформаторов Трёхфазный трёхстержневой трансформатор имеет на каждом стержне две обмотки. Магнитные потоки в фазах сдвинуты между собой на 1200 и их сумма равна О, т. е. ФА + ФВ + ФС = О. Угол сдвига фаз между одноимёнными напряжениями в первичноё и вторичноё обмотках, определя- ет группу соединения обмоток и обозначается в соответствии с направлением часовой и минутной стрелками часов.

>

>Трехстержневой трансформатор Трехстержневой трансформатор

>Коэффициент трансформации трёхфазного трансформатора  В трёхфазных трансформаторах различают два коэффициента трансформации.  Коэффициент трансформации трёхфазного трансформатора В трёхфазных трансформаторах различают два коэффициента трансформации. Фазный nф= U1ф/U2ф= W1/W2 . Линейный nл= U1Л/U2Л . В схемах Y/Y и D/D коэффициенты трансформации равны, nл= nф. Для схемы Y/D, nл= nф / √3 Для схемы D/Y, nл= nф√3

>Паспортные данные трансформаторов В паспорте и на щитке трансформатора указывается: Полная мощность:Sн = Паспортные данные трансформаторов В паспорте и на щитке трансформатора указывается: Полная мощность:Sн = U1номI1нм= U2номI2ном kBA. Номинальные напряжения в режиме х.х: U1ном,U2ном Мощность потерь в режимах х.х. и к.з.: Px,, Pk ном. Напряжение к. з. в процентах номинального uk%. Ток х.х. в процентах номинального I1.x.%. Схема и группа соединений Y/Y-0, Y/D-11.

>Внешние характеристики трансформатора Для определения эксплуатационных свойств трансформаторов пользуются  Зависимость : Cos j1=f(b) Внешние характеристики трансформатора Для определения эксплуатационных свойств трансформаторов пользуются Зависимость : Cos j1=f(b) h = f(b) U2= f(b) I1= f(b) DPM=f(b) DPCT=f(b)

>Напряжение короткого замыкания   Из схемы замещения U1K=ZKI1ном Обычно U1K=(5-8)%U1ном Активная составляющая Напряжение короткого замыкания Из схемы замещения U1K=ZKI1ном Обычно U1K=(5-8)%U1ном Активная составляющая Реактивная составляющая Процентное значение напряжения короткого замыкания

>ЗАДАЧА № 7 Дано: ТМ-25/6, U2НОМ=0,23кВ, Р0=0,13кВт, РК=0,6кВт, UК%=4,5,  β=0,5, cosφ2=1, Т1=103ч/год-время работы ЗАДАЧА № 7 Дано: ТМ-25/6, U2НОМ=0,23кВ, Р0=0,13кВт, РК=0,6кВт, UК%=4,5, β=0,5, cosφ2=1, Т1=103ч/год-время работы трансформатора с полной нагрузкой, Т2=3,5*103ч/год – время работы с нагрузкой, равной 50% (β = 0,5) от номинальной, Т0=1,4*103ч/год – время работы без нагрузки (β = 0). Определить: n, ηном при β = 1 и cosφ2=0.8, I1ном и I2ном, RК, ХК, R1, R2”, X1, X2”, UкR, UкL, U2 при токе нагрузки I2= 2I2ном и cosφ2= 0,7, среднегодовой КПД ηг при активной нагрузке (cosφ2=1).

>Измерительные трансформаторы  И.Т.подразделяются на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Они применяются для расширения Измерительные трансформаторы И.Т.подразделяются на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Они применяются для расширения пределов измерений, для питания цепей Р.З. и авто – матики. И.Т. изолируют измерительные приборы от цепей высокого напряжения. Измерительные приборы и цепи Р.З. и А. подключаются ко вторичным обмоткам трансформаторов.

>Измерительные трансформаторы напряжения Они работают в режиме близком к режиму холостого хода. Номинальный коэффициент Измерительные трансформаторы напряжения Они работают в режиме близком к режиму холостого хода. Номинальный коэффициент трансформации: nu= W1/W2 = U1ном/U2ном. Из-за падения напряжения в обмотках трансформатора, действительный коэффициент трансформации отличается от номинального ( паспортного ) и вызывает погрешность измерения. Фазовый сдвиг между напряжениями U1 и U2 вносит ещё и угловую погрешность.

>Типовые схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения Типовые схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

>Типовые схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения Однофазный трансформатор включен на линейное напряжение. Два трансформатора Типовые схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения Однофазный трансформатор включен на линейное напряжение. Два трансформатора включены в открытый треугольник. Три трансформатора включены в “звезду”. Разомкнутый треугольник. ( Фильтр напряжений нулевой последовательности).

>Пятистержневой трансформатор В нормальном режиме: UA+ UB+ UC= O. U01-02= O.   Пятистержневой трансформатор В нормальном режиме: UA+ UB+ UC= O. U01-02= O. При однофазном замыкании. U01- 02 O

>Измерительные трансформаторы тока Первичная обмотка включается в сеть последовательно. Через неё протекает весь ток Измерительные трансформаторы тока Первичная обмотка включается в сеть последовательно. Через неё протекает весь ток нагрузки или к.з. Коэффициент трансформации т.тока I1/I2 = W2/W1 откуда I2= W1 / W2 * I1 = nTI1. Справедливо при IX= 0, но так как IX не равно 0, возникает погрешность при определении I1. Сдвиг фаз между I1 и I2 вызывает угловую погрешность. Т.тока выпускают с I2ном= 5 или 1 А. Коэффициент трансформации указывается дробью. Например: 600/5 или 600/1. Где числитель – ток первичный, знаменатель ток вторичный.

>Схемы соединения обмоток трансформаторов тока Схемы соединения обмоток трансформаторов тока

>Схемы соединения обмоток трансформаторов тока 1. Схема соединения обмоток т.т. в “звезду.” 2. Схема Схемы соединения обмоток трансформаторов тока 1. Схема соединения обмоток т.т. в “звезду.” 2. Схема соединения в неполную “звезду.” 3. Схема соединения в “треугольник”. 5. Фильтр токов нулевой последовательности. 6. Схема соединения обмоток на разность токов двух фаз.

>АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

>Автотрансформаторы Не учитывая падение напряжения в обмотках и пренебрегая током х.х.  n = Автотрансформаторы Не учитывая падение напряжения в обмотках и пренебрегая током х.х. n = UВном/ UHном= WB/WH. В общей части обмотки ток I12= I2- I1= I1n – I1 = I1(n-1). Автотрансформаторы применяются при 1< n < 3.

>ЗАДАЧА № 8 Дано: автотрансформатор, U1ном=127 В, при активной нагрузке Rн cosφ2= 1, I2ном= ЗАДАЧА № 8 Дано: автотрансформатор, U1ном=127 В, при активной нагрузке Rн cosφ2= 1, I2ном= 4 А, U2ном= 220 В. Определить: номинальный ток I1ном первичной цепи, ток в нагрузке I и коэффициент трансформации n, если КПД ηном= 0,95, а cosφ1ном= 0,9.

>Тема 1.2       Трёхфазные и измерительные трансформаторы. Автотрансформаторы Основная Тема 1.2 Трёхфазные и измерительные трансформаторы. Автотрансформаторы Основная литература: [1], c. 285-295. [2], c.218-226. Контрольные вопросы: Способы трансформации трёхфазного тока. Основные элементы трёхфазных трансформаторов. Назначение измерительных трансформаторов. Особенности устройства измерительного трансформатора тока. Схемы включения измерительных трансформаторов напряжения и тока в электрические цепи. Отличительная особенность автотрансформаторов. Повышающие и понижающие автотрансформаторы с нерегулируемым коэффициентом трансформации. Автотрансформаторы с регулируемым коэффициентом трансформации.

>Тема 2.  Асинхронные машины Общие сведения А.М. называется беcколлекторная машина переменного тока, у Тема 2. Асинхронные машины Общие сведения А.М. называется беcколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме частота вращения магнитного поля не равна частоте вращения ротора. А.М. применяют в основном в качестве электродвигателей. По числу фаз статорной обмотки различают одно-, двух- и трёхфазные двигатели. Двухфазные двигатели применяют в системах автоматического управления, однофазные – в бытовых машинах и приборах.

>Тема 2.1 Устройство, принцип действия и режим работы трёхфазных асинхронных машин Тема 2.1 Устройство, принцип действия и режим работы трёхфазных асинхронных машин

>Асинхронный двигатель. Устройство Асинхронный двигатель. Устройство

>Конструкция статора асинхронной машины Статор цилиндрической формы состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Корпус Конструкция статора асинхронной машины Статор цилиндрической формы состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Корпус стальной, чугунный или алюминиевый. Сердечник из тонких листов электротех-ой стали на внутренней поверхности имеет пазы для размещения обмотки. Обмотки соединяют звездой или треугольником.

>Конструкции ротора асинхронной машины Ротор состоит из стального вала, сердечника и обмотки. Получили распространение Конструкции ротора асинхронной машины Ротор состоит из стального вала, сердечника и обмотки. Получили распространение два типа обмотки: фазная и короткозамкнутая. Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, соединённую звездой. Выводы обмоток соединены с контактными кольцами закреплёнными на валу. Контактные кольца через щётки подключаются к реостату.

>Конструкции ротора асинхронной машины Конструкции ротора асинхронной машины

>Асинхронная машина с фазным ротором Асинхронная машина с фазным ротором

>Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока По графику, в промежуток времени от 0 до t1 Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока По графику, в промежуток времени от 0 до t1 ток в фазе А возрастает от 0 до Im с положительным знаком. В фазе В ток отрицательный и к моменту t0 ток в фазе С также имеет отрицательный знак. Фаза токов меняется в момент времени t1.

>Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока

>Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока Обозначив на рис.3.7 положительное направление тока в фазах (+), Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока Обозначив на рис.3.7 положительное направление тока в фазах (+), а отрицательное (.), то для каждого момента времени получим картину распределения магнитного поля в момент t0. Ось результирующего магнитного поля расположена горизонтально ( рис. 3.7а ). Момент времени t1 соответствует изменению фазы тока на угол a1 = 600. При частоте тока w = 2pf угол a = wt. В момент t1 и t2 ось магнитного поля повернётся на углы a2 = wt2 и a3 = wt3 За время равное периоду Т, ось поля совершит полный оборот. Угол поворота составит aT=w T = 2pf1.

>Принцип действия асинхронного двигателя Принцип действия А.Д. основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора,с Принцип действия асинхронного двигателя Принцип действия А.Д. основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора,с токами индуктированными этим полем в обмотке ротора. Частота вращения магнитного поля статора: n1 = 60 f1/p. Ротор вращается с меньшей скоростью n < n1 . При этом n = n1 ( 1 – S ). Где называется скольжением. Частота тока ротора Где ns = n1 – n.

>З А Д А Ч А   Задача  1А.  Трёхфазный З А Д А Ч А Задача 1А. Трёхфазный асинхронный электродвигатель с числом пар полюсов р = 1. Частота питающей сети f1= 50 Гц. Определить синхронную частоту n1 и угловую частоту Ω1 вращения вращающегося магнитного поля.

>Режимы работы трёхфазной асинхронной машины. Скольжение Режим работы асинхронной машины можно характеризовать скольжением. Скольжением Режимы работы трёхфазной асинхронной машины. Скольжение Режим работы асинхронной машины можно характеризовать скольжением. Скольжением называется отношение разности n1-n к n1, т.е. Где n1- частота вращения поля статора, n- частота вращения ротора при нагрузке.

>Режимы работы трёхфазной асинхронной машины. Скольжение В режиме двигателя ( 0<S<1) асинхронная машина преобразует Режимы работы трёхфазной асинхронной машины. Скольжение В режиме двигателя ( 0!) ротор вращается противоположно вращению поля. Большая часть энергии рассеивается в обмотках из-за гистерезиса и вихревых токов. Режим осуществляется пртивовключением.

>З А Д А Ч А  Задача  2А.    Трёхфазный З А Д А Ч А Задача 2А. Трёхфазный асинхронный электродвигатель с числом пар полюсов р = 2. Частота питающей сети f1= 50 Гц. Номинальное скольжение ротора sном= 0,05. О п р е д е л и т ь: частоту вращения ротора n2ном. Ответ. n2ном= 1425 об/мин.

>Асинхронный двигатель Теория рабочего процесса Вращающий момент определяется по формуле:  M = CMФI2SCosy2 Асинхронный двигатель Теория рабочего процесса Вращающий момент определяется по формуле: M = CMФI2SCosy2 Где - величина постоянная. R2 , X2S – активное и реактивное сопротивления фазы ротора. Момент в относительных единицах: Где MK = KMMHOM – критический момент. KM= 1,7– 3,4– кратность максимального момента SK= R2’/X2’ – критическое скольжение.

>Асинхронный двигатель Теория рабочего процесса Вращающий момент выраженный через максимальный момент и критическое скольжение: Асинхронный двигатель Теория рабочего процесса Вращающий момент выраженный через максимальный момент и критическое скольжение: Зависимость момента от полезной мощности М(Р2) определяется выражением: М = 975 Р2/n2, кГм, или М = 9550 Р2/n2,Н*м. Критический момент: Мкр= КмМном, где Км- кратность максимального момента. Критическое скольжение: Sк= R’2/X’2.

>Теория рабочего процесса.  Саморегулирование вращающего момента при изменении нагрузки При изменении нагрузки на Теория рабочего процесса. Саморегулирование вращающего момента при изменении нагрузки При изменении нагрузки на валу, автоматически изменяется вращающий момент машины и восстанавливается нарушенное равновесие момента на валу. Установившийся режим с постоянной скоростью вращения возможен только при равенстве моментов на валу, т.е. М = МПР МПР – противодействующий момент. MПР

>ЭДС ОБМОТКИ ДВИГАТЕЛЯ. ЭДС обмотки статора Вращающийся магнитный поток наводит ЭДС обмоток статора ЭДС ОБМОТКИ ДВИГАТЕЛЯ. ЭДС обмотки статора Вращающийся магнитный поток наводит ЭДС обмоток статора e1. Действующее значение ЭДС: E1= 4,44kоб1W1 f1Фm. Где kоб1 - обмоточный коэффициент, W1 - число витков обмотки статора, kоб1W1 =WЭ - эффективное число витков.

>ЭДС обмотки ротора Для неподвижного ротора E2= 4,44 kОб2W2f1Фm.     ЭДС обмотки ротора Для неподвижного ротора E2= 4,44 kОб2W2f1Фm. В неподвижном роторе частота ЭДС: f2 = f1, т.е. как и у ЭДС статора. Для вращающегося ротора:E2S= 4,44kОб2W2 f2Фm. Учитывая, что f2=Sf1, получим: E2S= 4,44kОб2W2Sf1Фm= SE2. При скольжении S%= 0,02– 0,08%; E2S=(0,02-0,08)E2. Индуктивные сопротивления: для вращающегося ротора X2S=W2L2=2πf2L2=2πf1SL2, для неподвижного ротора X2=2πf1L2 , т.е. X2S=SX2.

>З А Д А Ч А  Задача  5А.   Трёхфазный З А Д А Ч А Задача 5А. Трёхфазный асинхронный электродвигатель при неподвижном состоянии и номинальной нагрузке.. Частота питающей сети f1= 50 Гц. Магнитный поток Фm = 15*105 Мкс. Число витков обмоток статора и ротора: w1 = 200, w2 = 20. Номинальное скольжение ротора sном= 0,05. Определить ЭДС в фазах статора и ротора, Е1, Е2 и частоту тока в роторе f2. Ответ: Е1= 625 В, Е2 = 63,8 В, ЭДС в обмотке ротора при номинальной нагрузке (т. е. при sном) Е2s = 3,19 В. Частота тока в роторе при номинальной нагрузке (при s = sном) f2s = 2,5 Гц., при неподвижном роторе (т. е. при пуске, s = 1), f2пуск = 50 Гц.

>Уравнения электрического состояния асинхронной машины. Уравнение 2-го закона Кирхгофа для обмотки статора:  U1= Уравнения электрического состояния асинхронной машины. Уравнение 2-го закона Кирхгофа для обмотки статора: U1= E1+ R1I1+ jХ1I1 . Для вращающегося ротора приведенного к числу витков статора: SE2’=R2’I2’+ jSX2’I2’ , или E2’= I2’R2’/S + jX2’I2’ . Преобразуем , тогда аналогично ур-ю для вторичной обмотки трансформатора.

>Схема замещения А. Д. Величина         Схема замещения А. Д. Величина соответствует сопротивлению нагрузки ZH. При токе I2’ , мощность на валу двигателя Pмех= (I2’)2R2’ . Если пренебречь IX , то ток потребляемый двигателем из сети: I1=I2’=

>Механическая характеристика M(S) При S= 0 и M= 0, идеальный холостой  ход. При Механическая характеристика M(S) При S= 0 и M= 0, идеальный холостой ход. При МНОМ , SНОМ – номинальный режим. ОН – рабочая часть характери- стики, S = 0 – 0,08 и M = const. НК –участок механической перегрузки. ОК – участок статической устойчивости. КП – участок неустойчивой работы. При S > 1 – тормозной режим.

>Механическая характеристика n(M)  Все точки хар – ки    аналогичны точкам Механическая характеристика n(M) Все точки хар – ки аналогичны точкам на характеристике M(S). Характеристика наз. жёсткой, так как в пределах от идеального х.х. до номинальной нагрузки частота ротора падает не более чем на 10%.

>Рабочие характеристики асинхронного двигателя М(Р2) определяется из    М = 9550Р2 /n2 Рабочие характеристики асинхронного двигателя М(Р2) определяется из М = 9550Р2 /n2 , cos j1( Р2) определяется Работа А.Д. при малой нагрузке невыгодна из-за малого значения коэффициента мощности.

>Активная мощность и потери     Мощность, потребляемая двигателем из сети Активная мощность и потери Мощность, потребляемая двигателем из сети P1 = m1U1I1cosj1 , где m1 – количество фаз обмотки статора. Мощность на валу двигателя (полезная) P2=M2w2 Уравнение энергетического баланса: P1=P2+DPЭ1+DPЭ2+DPM1+DPM1+DPM2+DPMEX. Где DPЭ1,DPЭ2- электрические потери, DPM1 ,DPM2 – магнитные потери в обмотках статора и ротора из-за гистерезиса и вихревых токов, DPMEX.- механи- ческие потери вызваны силами трения. Потери в эл. машинах обычно изучают по энергетическим диаграммам.

>Энергетическая диаграмма Мощность, потребляемая двигателем из сети P1 , отличается от мощности на валу Энергетическая диаграмма Мощность, потребляемая двигателем из сети P1 , отличается от мощности на валу двигателя P2 на значение мощности потерь в двигателе DP, т.е. Р1= Р2 + DP. Чем меньше потери DP, тем больше КПД двигателя.

>КПД двигателя Это отношение полезной мощности, к потребляемой мощности из сети, т.е.  h КПД двигателя Это отношение полезной мощности, к потребляемой мощности из сети, т.е. h = P2/P1. Обозначим постоянные потери как: DPC= DPM + DPMEX, а переменные потери DPЭ, то h = P2/(P2+ DPC+ DPЭ ), КПД двигателя зависит от нагрузки, поэтому в формулу КПД необходимо включить коэффициент загрузки b = P2/PHOM . Формула КПД аналогична формуле для трансформатора .

>Тема 2.1 Устройство, принцип действия и режим работы трёхфазных асинхронных машин Основная литература: [1], Тема 2.1 Устройство, принцип действия и режим работы трёхфазных асинхронных машин Основная литература: [1], c. 413-440, [2], c. 411-441. Контрольные вопросы: Определение асинхронных машин. Состав (узлы и элементы) асинхронных машин. Классификация асинхронных машин по типу их ротора. Какие явления положены в основу принципа действия асинхронных машин? Способы соединения обмотки статора трёхфазных асинхронных машин. Что такое скольжение трёхфазных асинхронных машин? Механические характеристики трёхфазных асинхронных машин.

>Тема 2.2 Пуск и регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателя Тема 2.2 Пуск и регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателя

>Пуск асинхронного двигателя    При пуске ротор двигателя преодолевает момент нагрузки и Пуск асинхронного двигателя При пуске ротор двигателя преодолевает момент нагрузки и момент инерции. Частота вращения растёт от n = 0 до n. Скольжение меняется от SП= 0 до S. Условия пуска: MП= MС и пусковой ток IП должен быть небольшим. Возможны различные способы пуска в зависимости от конструкции ротора, мощности двигателя, характера нагрузки.

>Прямой пуск.     Непосредственное включение обмотки статора на напряжение сети В Прямой пуск. Непосредственное включение обмотки статора на напряжение сети В первый момент S = 1, а пусковой ток: где I’2П- ток ротора приведенный к току статора I1П. По мере разгона скольжение уменьшается кратность K1= IП/ IНОМ= 5 ÷ 7. Прямой пуск применяется на двигателях до 50 кВт. Бросок пускового тока может вызвать большое падение напряжения в сети.

>Пуск переключением обмотки статора Применяется для двигателей, работающих нормально при соединении статора « треуголь-ником». Пуск переключением обмотки статора Применяется для двигателей, работающих нормально при соединении статора « треуголь-ником». При пуске переключают обмотку на «звезду». При этом напряжение фазное в меньше линейного, а ток линейный при пуске в 3 раза меньше чем при соединении в «треугольник». Недостаток: пусковой момент уменьшается в 3 раза, т.к. он пропорционален квадрату фазного напряжения.

>Пуск двигателя с фазным ротором Пуск производят ступенчатым переключением пусковых реостатов.   Пуск двигателя с фазным ротором Пуск производят ступенчатым переключением пусковых реостатов. a-e,первая ступень пуска, в е выключается первая ступень и момент МП скачком увеличивается до b. b-d, вторая ступенью. В точке d момент скачком увеличивается до с и двигатель выходит на естественную характеристику 3 и в точке f устанавливается МНОМ= const. Недостатки: большие потери в пусковом реостате и высокая стоимость.

>Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами   Все методы пуска основаны на повышении Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами Все методы пуска основаны на повышении сопротивления цепи ротора. Улучшение пусковых свойств достигается использованием эффекта вытеснения тока в обмотке ротора за счёт специальной конструкции ротора. Ротор с глубоким пазом. Глубина паза в 10 раз больше ширины. При пуске ток проходит по наружному слою, т.е. по меньшему сечению так как индуктивное сопротивление глубинной части обмотки велико. Происходит «вытеснение» тока в верхнюю часть стержня. В нормальном режиме частота тока в обмотке ротора мала, процесс «вытеснения» отсутствует, активное сопротивление обмотки уменьшается.

>Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами. Ротор с двойной «беличьей клеткой».  Верхняя клетка Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами. Ротор с двойной «беличьей клеткой». Верхняя клетка выполнена из латуни,нижняя – из меди и имеет большое сечение. В момент пуска ток вытесняется в верхнюю, латунную клетку (пусковую) с большим активным сопротивлением. В установившемся режиме работает нижняя, рабочая клетка с малым активным сопротивлением. Пусковой момент может увеличиваться в три раза. Пусковой ток в три – четыре раза больше чем номинальный.

>Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя Частота вращения определяется по формуле:    Следовательно, Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя Частота вращения определяется по формуле: Следовательно, частоту вращения можно изменять , меняя частоту, скольжение и число пар полюсов. Частотное регулирование. Применяются машинные или полупроводниковые преобразователи. Регулирование изменением числа пар полюсов. Двигатель выполняют с двумя катушками в каждой фазе и переключают на последовательное Р=2 или параллельное Р=1 соединение.

>Тема 2.2 Пуск и регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателя Основная литература: [1], c. 443-450, Тема 2.2 Пуск и регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателя Основная литература: [1], c. 443-450, [2], c. 443-452. Контрольные вопросы: 1. Способы пуска трёхфазных асинхронных двигателей. 2. Пуск трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором. 3. Способы регулирования скорости трёхфазных асинхронных двигателей. 4. Способы регулирования частоты вращения магнитного поля статора.+

>Тема 2.3 Понятие о работе трёхфазных асинхронных машин в режимах генератора и электромагнитного тормоза. Тема 2.3 Понятие о работе трёхфазных асинхронных машин в режимах генератора и электромагнитного тормоза. Одно- и двухфазные асинхронные двигатели. Синхронные машины.

>Однофазные асинхронные двигатели Имеют небольшую мощность 1-600 Вт. Применяют в бытовых устройствах, автоматике и Однофазные асинхронные двигатели Имеют небольшую мощность 1-600 Вт. Применяют в бытовых устройствах, автоматике и т.п. В однофазном двигателе создаётся пульсирующий магнитный поток. МДС статора и ротора равны и противоположны. Ротор будет вращаться если его крутнуть.

>Пуск в ход однофазного асинхронного двигателя Пусковая обмотка сдвинута в пространстве на 90о относительно Пуск в ход однофазного асинхронного двигателя Пусковая обмотка сдвинута в пространстве на 90о относительно рабочей. Конденсатор С обеспечивает сдвиг между I и U. После разгона пусковая обмотка отключается. Конденсатор СР создаёт сдвиг между I и U, для получения вращающегося магнитного поля. Конденсатор СП включают при пуске и при большой нагрузке, когда ёмкости СР недостаточно.

>Cинхронные машины Электрические машины переменного тока, у которых частота вращения ротора находится в строго Cинхронные машины Электрические машины переменного тока, у которых частота вращения ротора находится в строго постоянном соотношении с частотой электрической сети называются синхронными. Синхронные машины обратимы. В качестве генераторов они применяются на большинстве электростанций всех типов. Синхронные двигатели применяются там, где необходима постоянная частота вращения, а также используются в качестве синхронных компенсаторов.

>Синхронный генератор Синхронный генератор

>Устройство синхронных машин Устройство синхронных машин

>Принцип работы и ЭДС синхронного генератора   Принцип работы основан на явлении электромагнитной Принцип работы и ЭДС синхронного генератора Принцип работы основан на явлении электромагнитной индукции. При х.х. магнитное поле создаётся только обмоткой возбуждения ротора ( Рис. а.). При вращении ротора с постоянной частотой no , магнитное поле ротора наводит в обмотках статора ЭДС e = BlU. Где B – индукция в воздушном зазоре распределяется по синусоидальному закону B = Bm sina. Где a- угол от нейтральной линии.

>Принцип работы и ЭДС синхронного генератора (продолжение). ЭДС в одном проводнике  E= BlU=BmUsina=BmUsina. Принцип работы и ЭДС синхронного генератора (продолжение). ЭДС в одном проводнике E= BlU=BmUsina=BmUsina. Обозначив BmU = Em то e = Emsina т.е. изменяется по синусоидальному закону. ЭДС отдельных проводников каждой обмотки статора суммируются геометрически. Действующее значение ЭДС одной фазы: E0= 4,44kобfwФ0m,, где kоб – обмоточный коэффициент; f = pn0/60 – частота синусоидальной ЭДС; w - число витков одной фазы; p- число пар полюсов; Ф0m- максимальный магнитный поток полюса ротора; n – синхронная частота вращения ротора. Изменяя ток IB можно регулировать Ф0m и E.

>Принцип действия и вращающий момент синхронного двигателя Принцип действия двигателя основан на явлении притяжения Принцип действия и вращающий момент синхронного двигателя Принцип действия двигателя основан на явлении притяжения разноимённых полюсов двух магнитных полей – статора и ротора. Если поле статора вращается с частотой n0 , а ротор вращается в том же направлении, то при достижении равных частот произойдёт «сцепление» разноимённых полюсов.

>Принцип действия и вращающий момент синхронного двигателя (продолжение). При идеальном х.х. (MC=0) оси магнитных Принцип действия и вращающий момент синхронного двигателя (продолжение). При идеальном х.х. (MC=0) оси магнитных полей совпадают рис. а. На полюса действуют радиальные силы F1 и F2 которые не создают ни вращающегося момента ни момента МС. Механическая нагрузка на валу создаёт момент сопротивления МС, ось ротора сместится на угол Q и поле статора поведёт за собой м. поле ротора и сам ротор. Тангенциальные составляющие FT сил F создают вращающий момент M=2F1R. В режиме двигателя М = МС. При увеличении механической нагрузки, угол Q увеличивается и возрастает вращающий момент M = 2F1 R = 2FRsinQ но частота ротора n0 остаётся неизменной.