Приведение параметров обмотки ротора и схема замещения АД Для того, чтобы векторы ЭДС, напряжений и токов обмоток статора и ротора можно было изобразить на одной векторной диаграмме, необходимо все параметры обмотки ротора привести к обмотке статора. Т. о. обмотку ротора с числом фаз m 2, обмоточным коэффициентом kоб 2 w 2 заменяют обмоткой с числом фаз m 1, обмоточным коэффициентом kоб 1, и числом витков w 1. и числом витков Пересчет реальных параметров обмотки ротора выполняется при условии, что все мощности и фазовые сдвиги векторов ЭДС, напряжений и токов обмотки ротора после приведения должны остаться такими же, что и до приведения. При неподвижном роторе (S=1) получаем для ЭДС где , - коэффициент трансформации напряжений в АМ при неподвижном роторе
Приведение параметров обмотки ротора и схема замещения АД Для тока ротора получим , где Отсюда - коэффициент трансформации токов в АМ и В АД с короткозамкнутым ротором каждый стержень обмотки ротора рассматривают как одну фазу: m 2 = Z 2, kоб 2 = 1 и w 2 = 0, 5 Для получения более наглядных результатов величину представляют в виде: Тогда, уравнение напряжений для цепи ротора в приведенных параметрах примет вид:
Приведение параметров обмотки ротора и схема замещения АД Уравнения напряжений и токов для приведенной АМ Этим уравнениям соответствует схема замещения АД, на которой магнитная связь обмоток статора и ротора заменена электрической: Активное сопротивление можно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора
Приведение параметров обмотки ротора и схема замещения АД АД аналогичен трансформатору, работающему на активную нагрузку. Сопротивление - единственный переменный элемент схемы замещения. Значение этого сопротивления определяется скольжением, и, следовательно, механической нагрузкой на валу двигателя. В режиме холостого хода: M 2=0 и S 0, при этом Если момент нагрузки на валу АД превышает его вращающий момент Mс> M 2 и двигатель останавливается, то S=1 при этом что соответствует режиму короткого замыкания. Более удобной для практического применения является Г-образная схема замещения АД, у которой намагничивающий контур вынесен на входные зажимы схемы
Приведение параметров обмотки ротора и схема замещения АД Г-образная схема замещения асинхронного двигателя Схема замещения имеет два контура: намагничивающий и рабочий. I 0 не изменил свое значение, в r 1 и x 1. Для того, чтобы намагничивающий ток этот контур последовательно включают Для уточнения параметров рабочего контура вводят коэффициент Для АД с мощностью P >1 к. Вт коэффициент с1 1 Тогда ток в рабочем контуре: Или при с1=1
Электромагнитный момент и механические характеристики АД Электромагнитный момент АД создается в результате взаимодействия тока в обмотке ротора и вращающегося магнитного поля где - угловая синхронная скорость вращения т. к. то следовательно, электромагнитный момент АД пропорционален мощности электрических потерь в обмотке ротора. Подставим значение тока где и - приведенные сопротивления обмотки ротора
Электромагнитный момент и механические характеристики АД Зависимость называется механической характеристикой M Mmax Двигатель -Sкр Генератор Электромагнитный тормоз Mн Mп Sн Sкр -Mmax Электромагнитный момент АД пропорционален квадрату напряжения сети Устойчивая работа АД возможна при скольжениях меньше критического 1 S
Рабочие характеристики АД К рабочим характеристикам относятся зависимости от полезной мощности : - частоты вращения при U 1 – const и f 1 – const - коэффициента полезного действия - полезного момента (момента на валу) - коэффициента мощности - тока статора Скоростная характеристика и n 2 n 1 - скольжение АД и его частота вращения определяются отношением электрических потерь к электромагнитной мощности Увеличение активного сопротивления 0 ротора r 2 приводит к росту наклона характеристики. P 2
Рабочие характеристики АД Зависимость полезного момента (момента на валу) от полезной мощности М 2 0 P 2 Зависимость коэффициента мощности от полезной мощности 0, 8 В режиме х. х. При нагрузке близкой к номинальной 0, 2 0 P 2 н P 2 При нагрузке более номинальной снижается из-за возрастания x 2 за счет увеличения скольжения
Рабочие характеристики АД Зависимость тока статора от полезной мощности В режиме х. х. : - индуктивная, намагничивающая составляющая тока Дальнейший рост в основном за счет увеличения активной составляющей 0 P 2
Пуск и регулирование частоты вращения асинхронных двигателей Пусковые свойства АД определяются значениями пускового тока I п и пускового момента Мп: В момент пуска S =1 Два пути улучшения пусковых свойств АД: 1) Уменьшение U 1 2) Увеличение . снижение и I п, и Мп снижение I п и увеличение Мп Пуск асинхронных двигателей с к. з. ротором а) пуск непосредственным включением в сеть: пусковой ток Iп = (5 ÷ 7) Iн , но значительный Мп Применяется в АД мощностью до (30÷ 50) к. Вт
Пуск асинхронных двигателей с к. з. ротором б) пуск при пониженном напряжении: снижение пускового тока I п сопровождается снижением пускового момента Мп M Понижение напряжения посредством реакторов и автотрансформаторов U 1 н С В А С G 1 Mп=0, 64 Mпн 1 С 2 С 3 С 4 Mпн G 3 С 1 U 1=0, 8 U 1 н G 2 С 5 С 6 С 4 С 5 С 6 М S АТр М
Пуск асинхронных двигателей с к. з. ротором б) пуск при пониженном напряжении: - переключением обмотки статора со звезды на треугольник А В С С 1 С 2 С 3 С 4 С 5 С 6 «∆ » S «Y » М
Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором С В А С 2 1 2 3 С 4 С 5 С 6 С 1 ПР 3 M С 3 2 1 Ммакс Mн Sн 1 S
АД с КЗР и улучшенными пусковыми характеристиками - двигатель с глубокими пазами на роторе - эффект «вытеснения тока» h h Пуск Работа S=1 Sн= 0, 05 J, А/мм 2 f 2 = f 1·S = f 1 - пазы ротора «бутылочной формы» J, А/мм 2 f 2 = f 1·S = 0, 05·f 1 - двигатель с двумя клетками на роторе пусковая рабочая
Регулирование частоты вращения АД Частоту вращения ротора АД можно регулировать изменением: 1) скольжения S; 2) частоты тока в обмотке статора f 1; 3) числа пар полюсов в обмотке статора p. 1) Изменение скольжения возможно: а) изменением подводимого напряжения; б) нарушением симметрии этого напряжения; в) изменением активного сопротивления обмотки ротора. M 1. а изменением подводимого напряжения U 1 н Недостатки этого способа: Mн - узкий диапазон регулирования; U 1=0, 8 U 1 н Sн. S' Sкр S - неэкономичность регулирования (необходимость в дополнительном оборудовании).
А Регулирование частоты вращения АД В С 1. б АТр нарушением симметрии подводимого напряжения Вращающееся магнитное поле становится эллиптическим и приобретает обратную составляющую, создающую тормозящий момент Мобр. С 1 С 4 С 2 С 5 Недостатки этого способа: С 3 С 6 М - узкий диапазон регулирования; - снижение КПД при увеличении несимметрии. 1. в изменением активного сопротивления обмотки ротора Возможно лишь в АД M с фазным ротором Недостатки этого способа: rд=0 rд 1≠ 0 rд 2>rд 1 Ммакс - неэкономичность (из-за роста потерь в цепи ротора); - рост влияния нагрузки на частоту вращения; Mн - регулирование n 2 только «вниз» . Достоинство: - обеспечение улучшенных пусковых характеристик. Sн S 1 S 2 1 S
Регулирование частоты вращения АД 2) Изменением частоты тока в статоре: т. е. изменением синхронной частоты вращения за счет использования источников питания с регулируемой частотой тока - преобразователей частоты (электромашинных, ионных, полупроводниковых и т. д. ) Достоинство: широкий диапазон регулирования (до 12: 1) Недостаток: преобразователь частоты значительно удорожает установку. Этот способ применяется: 1) для одновременного регулирования группы АД, работающих в одинаковых условиях; 2) в пожаро и взрывоопасных средах, где применение коллекторных двигателей недопустимо. 3) Изменением числа полюсов обмотки статора - путем укладки такой обмотки, конструкция которой позволяет получать различное число полюсов, переключая катушечные группы. Ступенчатое регулирование (при f 1=50 Гц) p 1 2 3 4 5 n 1, об/мин 3000 1500 1000 750 600 Применяется только в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором. (В АД с фазным ротором пришлось бы переключать и обмотку ротора. )
Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели Принцип действия однофазного АД Устройство однофазного АД: - статор, в пазах которого уложена однофазная обмотка; - короткозамкнутый ротор. U 1 С 2 При включении в сеть МДС обмотки статора создает пульсирующий магнитный поток, который можно разложить на два потока Фпр и Фобр, вращающихся в противоположные стороны с частотой nпр= nобр= n 1. Скольжение ротора относительно потока Фпр М скольжение ротора относительно потока Фобр
Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели Например, при n 1 =1500 об/мин и n 2 =1450 об/мин Sпр=0, 033 и Sобр=1, 967, т. е. Sпр< Sобр Следовательно, частота токов в роторе, наведенных прямым и обратными потоками f 2 обр >>f 2 пр, а индуктивное сопротивление обмотки ротора току I 2 обр во много раз больше активного сопротивления. Этот ток I 2 обр является почти чисто индуктивным и оказывает сильное размагничивающее влияние на обратное поле Фобр и тогда M В результате однофазный АД имеет вращающий момент M = Mпр - Mобр Mпр График M = f(S) может быть получен наложением графиков Mпр = f(S) и M 2 0 Mобр << Mпр. 1, 5 1 0, 5 0 0, 5 1 1, 5 2 S Mобр = f(S) При Sпр= Sобр=1 момент Mпр Mобр = Mобр Пусковой момент однофазного АД равен нулю
Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели Для создания пускового момента необходимо во время пуска создать вращающееся магнитное поле. С этой целью применяют пусковую обмотку В. U 1 Обмотки А и В располагают на статоре со смещением на 90 эл. градусов. Пуск С 1 IА А С 2 М ФЭ В П 2 IВ Токи в обмотках статора IА и IВ должны быть сдвинуты по фазе на 900. U 1 IВ В А IА А+ В=900 П 1 Для этого в цепь пусковой обмотки включают фазосмещающий элемент (чаще всего С). После достижения частоты вращения близкой к номинальной пусковую обмотку отключают.
Асинхронные конденсаторные двигатели U 1 На статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в пространстве на 90 эл. градусов. Главную обмотку А включают непосредственно в сеть, а вспомогательную обмотку В включают в ту же сеть, но через конденсатор Сраб. Пуск IА А Сраб. В М IВ Спуск. Вспомогательная обмотка В после пуска не отключается. Таким образом, если однофазный АД работает с пульсирующей МДС статора, то конденсаторный АД - с вращающейся МДС. Емкость конденсатора Сраб, необходимая для получения кругового вращающегося поля где - коэффициент трансформации. Для повышения пускового момента параллельно конденсатору Сраб включают пусковой. конденсатор Спуск, емкость которого рассчитывается из условия получения кругового поля при пуске двигателя.
Синхронные машины Синхронной машиной называют такую машину переменного тока, частота вращения которой в установившемся режиме равна синхронной и не зависит от нагрузки. Применение: синхронные генераторы – в качестве источников электрической энергии переменного тока на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях Синхронные двигатели – в установках не требующих регулирования скорости, при мощности 100 к. Вт и выше (насосы, вентиляторы, компрессоры и т. д. ), а также в схемах автоматики и электробытовых приборах (СД с постоянными магнитами, индукторные, гистерезисные, шаговые и т. д. ). A B N S C Статор синхронной машины выполнен также как асинхронной: в пазах сердечника статора расположена трехфазная обмотка + - Обмотка ротора питается от постороннего источника постоянного тока через контактные кольца и щетки и называется обмоткой возбуждения. Она создает в синхронной машине основной магнитный поток Ф 0
Скачать презентацию Приведение параметров обмотки ротора и схема замещения АД
Асинхронные машины 2.ppt