92. Какие зависимости называют рабочими характеристиками ад?

Рабочими характеристиками называют графические зависи­мости частоты вращения п₂ (или скольжения s),момента на валу М₂ , тока статора I₁ , коэффициента полезного действия η и cos φ₁от полезной мощности Р₂ при U₁ = const и f₁ = const. Их определяют экспериментально или путем расчета по схеме замещения или круговой диаграмме.

93. Какой вид имеют рабочие характеристики ад?

94. Почему зависимость мощности на валу ад от электромагнитного момента отличается от линейной?

Так как полезный момент связан с полезной мощностью уравнением   , то по скоростной характеристике можно построить зависимость полезного момента от полезной мощности  .Эта зависимость начинается из начала координат, и если бы частота ротора не уменьшалась  с ростом полезной мощности, то была бы прямой линией  проведенной под некоторым углом к началу координат. Так как частота вращения ротора весьма медленно  убывает  по мере роста полезной мощности, то характеристика полезного  момента представляет собой почти линейную зависимость с явно появляющейся выпуклостью вниз только вблизи  номинальной мощности.

95. Почему при малых нагрузках cos φ увеличивается, а при больших уменьшается?

Зависимость I₁(P₂) близка к прямой. Это свидетельствует о том, что активная составляющая тока пропорциональна полезной мощности Р₂. Реактивная составляющая тока в диапазоне рабочих нагрузок меняется мало, т.к. она определяется током ХХ, который составляет 20-40 % от номинального тока. Поэтому зависимость I₁(P₂) выходит не из начала координат. Зависимость cosφ₁=f(P₂) показывает: при малых нагрузках cosφ₁ имеет низкие значения (0,1-0,3). С увеличением нагрузки cosφ₁ увеличивается, достигая максимума (0,75-0,9) при нагрузке, близкой к номинальной. С ростом нагрузки и мощности активная составляющая мало изменяется по сравнению с режимом ХХ.

96. При работе АД под нагрузкой или на холостом ходу cos φ меньше и почему?

Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму холостого хода. Объясняется это тем, что ток холостого хода электродвигателя I0 при любой нагрузке остается практически неизменным.

97. При работе АД под нагрузкой или на холостом ходу cos φ больше и почему?

В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей чрезвычайно важно, чтобы двигатель работал всегда или по крайней мере значительную часть времени с нагрузкой, близкой к номинальной. Поэтому на Хх cos φ меньше , так как постоянные потери не равны переменным.

98. Почему с увеличением зазора растет намагничивающий ток и падает cos φ?

Из закона Ома для магнитной цепи следует, что при увеличении зазора увеличивается магнитное сопротивление цепи Rм и намагничивающий ток. cos φк = Pк/UкIк.

99. При какой нагрузке АД его КПД достигает максимального значения?

Зависимость η =f (P₂)  достигает максимального значения при нагрузке, когда постоянные и переменные потери в двигателе будут равны.

100. Для чего используют круговую диаграмму АД?

Для построения рабочих характеристик может быть использована круговая диаграмма.

Занятие 16. Регулирование частоты вращения АД.

101. При регулировании скорости вращения АД какими двумя способами можно изменить частоту вращения магнитного поля?

Изменение частоты вращения поля n₁ осуществляют двумя способами: изменением частоты f₁ тока, подаваемого на обмотку статора, или изменением числа полюсов машины 2p.

102. При регулировании скорости вращения АД какими тремя способами можно изменить скольжение?

Изменение скольжения s при заданном нагрузочном моменте M = M_H можно осуществить путем изменения питающего напряжения U₁ , введения в цепь ротора добавочного активного сопротивления (в двигателях с фазным ротором) или подключения обмотки ротора к добавочному источнику электрической энергии с изменяющейся частотой f₂ (в двигателях двойного питания и в асинхронных каскадах).

103. Что нужно сделать для изменения направления вращения АД?

Необходимо изменить направление вращения магнитного поля. В 3-х фазных машинах это осуществляется изменением чередования фаз , для чего переключают 2 провода, подводящие ток из сети к 2-м любым фазам обмотки статора.

104. Какое общее условие должно выполняться при частотном регулировании АД, и что будет при его невыполнении?

Для изменения частоты требуется наличие источника эл.тока переменной частоты (либо синхронные генераторы с переменной частотой вращения , либо преобразователи частоты): =const.

При невыполнении нарушена устойчивая работа двигателя.

105. Какой основной закон частотного регулирования?

; M_m- максимальный момент; U₁- питающее напряжение.

106. Какой основной закон частотного регулирования при постоянном нагрузочном моменте?

. Питающее напряжение следует изменять прямо пропорционально его частоте.

107. Какой основной закон частотного регулирования с постоянной мощностью?

= => = ;

108. Как изменяется механическая характеристика двигателя при частотном регулировании с постоянным моментом?

109. Как изменяется механическая характеристика двигателя при частотном регулировании с постоянной мощностью?

110. Чем пренебрегается при выводе закона частотного регулирования, и как это влияет на работу АД?

Не учитывается влияние сопротивления на M_m. M_m существенное снижается, что приводит к уменьшению ЭДС и магнитного потока двигателя. В генераторном режиме M_m возрастает. При этом магнитный поток двигателя увеличивается. Эти характеристики не желательны, т.к. при малых частотах резко возрастает электро-магнитный момент, что может вызвать поломку вала двигателя.

111. При регулировании скорости вращения АД какими двумя способами можно изменить число пар полюсов?

1) Для регулирования угловой скорости на статоре в общих пазах можно разместить не одну, а две обмотки, имеющие различное число пар полюсов. В зависимости от необходимой скорости в сеть подключается та или иная обмотка.

2) Изменение (переключение) схемы соединения уложенной на статоре обмотки. При переходе с последовательного соединения 2-х катушек на II число пар изменяется с 2 на 1.

112. Как устроены многоскоростные двигатели?

АД с переключением числа пар полюсов – многоскоростные. Выпускаются на 2,3,4 угловые скорости. Схемы, позволяющие осуществлять переключение числа пар полюсов схемы регулирования с постоянным моментом и схемы регулирования с постоянной мощностью.

113. Какой основной недостаток способа регулирования скорости АД изменением подводимого напряжения?

Механические характеристики при меньшем напряжении пойдут ниже естественной. Если M_m=const, то при U↓ скольжение бует ↑. Скорость ↓. Регулирование скольжения 0<S<S_m. Более S_m нельзя потому, что при дальнейшем U↓ на новой механической характеристики M_m<M_c и АД остановится.

114. Как изменяется механическая характеристика двигателя при изменении питающего напряжения?

115. Как изменяется механическая характеристика двигателя при включении в цепь ротора реостата?

Занятие 17. Работа АМ в различных режимах, однофазные АМ.

116. Что нужно сделать, чтобы АМ стала работать в генераторном режиме?

Необходимо с помощью постороннего двигателя разогнать ее ротор в сторону вращения магнитного поля с угловой скоростью, большей синхронной скорости.

117. Как выглядит энергетическая диаграмма АГ?

P₁ = m₁ U₁ I₁ cos φ₁ .

Часть этой мощности затрачивается на покрытие электрических потерь ΔР_эл1 в активном сопротивлении обмотки статора и магнитных потерь ΔР_м1 в статоре. В ротор посредством вращающегося магнитного поля передается электромагнитная мощность

Р_эм = P₁ - ΔР_эл1 - ΔР_м1 .

Часть электромагнитной мощности, полученной ротором, тратится на покрытие электрических потерь ΔР_эл2 в его обмотке. Оставшаяся часть мощности Р_эм превращается в механическую мощность Р_мех = Р_эм - ΔР_эл2 . Механическая мощность, за исключением небольших потерь на трение, является выходной полезной мощностью двигателя:

Р₂ = Р_мех - ΔР_т - ΔР_доб

118. Почему АГ редко применяются как источники переменного тока?

Они потребляют из сети реактивную мощность, необходимую для создания магнитного поля. Эта мощность велика и составляет 20-50% полной мощности генератора.

119. Каковы физические процессы в АД при рекуперативном торможении в процессе спуска груза подъемным краном?

Двигатель включается согласно с напряжением спуска. Тогда под действием силы тяжести груза ротор разгоняется, его скорость становится больше синхронной т.е. машина переходит в генераторный режим. Тормозной момент который возникает в этом случае, будет ограничивать скорость спуска груза , а кинетическая энергия груза будет преобразовываться в электрическую и возвращаться в сеть.

120. Для чего применяют конденсаторы в автономных АГ?

Для того что бы автономный АГ мог работать на собственную сеть (нагрузку), он должен самовозбудиться. Магнитный поток в генераторе создается реактив. Составляющей намагничивающего тока. Эта составляющая опережает индуцируемую в обмотке статора ЭДС на 90. В автономном генераторе реакт. Опережающий ток, необходимый для самовозбуждения получают от конденсаторов.

121. Каковы физические процессы при работе АД в режиме противовключения?

Ротор вращается в сторону противоположную вращению магнитного поля скольжения. Электромагнитный момент будет направлен по направлению вращения поля. Но поскольку ротор вращается в противоположную сторону на него этот момент будет сказывать тормозящее действие. При работе в таком режиме в обмотке ротора выделяется не только электромагнитная мощность, но и мощность поступающая с вала т.к. внешний момент приложенный к ротору действует в сторону его вращения.

122. Как выглядит энергетическая диаграмма АД в режиме противовключения?

123. Почему режим электромагнитного тормоза АД является тяжелым в тепловом отношении?

Вся потребляемая машиной энергия расходуется на покрытие потерь.

124. Для чего применяются АД как устройства преобразования частоты?

Практическое применение для повышения частоты переменного тока с 50 до 100и 150 Гц. Они используются для питания быстроходных АД с частотой вращения n>3000

125. В чем принцип действия асинхронного преобразователя частоты?

Состоит из 3-х фазной АМ П с контактными кольцами и соединенного с ней приводного двигателя. Обмотка статора АМ П включается в первичную сеть промышленной частоты f1, а обмотка ротора через контактные кольца и щетки питает вторичную сеть током частоты f2.

126. Почему при включении обмотки статора в сеть ротор трехфазного АД начинает вращаться, а ротор однофазного АД остается неподвижным?

Статоры однофазных АД имеют обычную трехфазную обмотку. Одна из фаз является вспомогательной пусковой, а две остальные – главную или рабочую обмотку. Оси главной и пусковой сдвинуты на 90 электрических градусов.

127. Почему в однофазных АД начальный пусковой момент равен нулю? Что будет, если у вращающегося трехфазного АД отключить одну фазу?

Включенный в сеть однофазный двигатель без пусковой обмотки не развивает никакого момента. Создаваемое статором поле может быть разложено на 2 поля, вращающихся в противоположных направлениях и предающих ротору равные, но противоположные моменты. Если у вращающегося трехфазного АД отключить одну фазу, то он будет работать как однофазный.

128. Каковы особенности конструкции однофазных АД? Можно ли трехфазный АД включить как однофазный?

Не обладает Mn, частота вращения меньше, чем у 3-х фазного, встречное поле тормозит ротор, КПД2. Часто применяют конструкцию с явно выраженными полюсами и однородной обмоткой.

129. Какие способы пуска однофазных АД находят применение, когда при этом пусковой момент будет максимальным?

Наибольшие пусковые моменты дают конденсаторы . Пуски с индуктивностью, с сопротивлением или конденсатором.

130. Почему в однофазных АД хуже энергетические показатели по сравнению с трёхфазными?

При ХХ у однофазных существует размагничивающая реакция ротора, следовательно, потребляемый из сети ток выше, чем при трехфазном.

Потери больше чем в 2 раза превосходят потери трехфазного двигателя при одинаковом М. У однофазного ток КЗ меньше, чем у трехфазного.

Занятие 18. АД с улучшенными свойствами, работа в анормальных режимах.

131. Как работает глубокопазный АД в начальный момент пуска и после его окончания?

При пуске ток как бы вытесняется вверх. Увеличивается активное сопротивление, а общее индуктивное сопротивление сжимается. Увеличивается пусковой момент. По мере разгона скольжение и частота тока ротора падают. После окончания пуска двигатель работает с малым скольжением, электрические потери не велики.

132. Как работает АД с двойной беличьей клеткой в начальный момент пуска и после его окончания?

АД с двойной беличьей клеткой: в верхней части пусковая обмотка, в нижней – рабочая.

При пуске ток вытесняется в пусковую клетку, создающую большой пусковой момент, а по окончании процесса пуска проходит по рабочей клетке с малым активным сопротивлением, вследствие чего двигатель работает с большим КПД.

133. Как выглядят относительно друг друга механические характеристики АД с обычным, глубокопазным и двухклеточным ротором?

134. Почему вытеснение тока в проводниках обмотки ротора улучшает пусковые свойства АД?

При пуске нагружена током в основном только пусковая обмотка и ввиду большей величины ее активного сопротивления двигатель развивает большой пусковой момент.

135. Как влияет аномальное понижение напряжения на энергетические показатели АД (потери в обмотках, КПД, cos φ) при больших нагрузках?

Электрические потери в обмотке статора понижаются. КПД и cos φ повышаются.

136. Как влияет аномальное понижение напряжения на энергетические показатели АД (потери в обмотках, КПД, cos φ) при малых нагрузках?

Электрические потери уменьшаются; КПД, cosφ увеличиваются.

137. Как влияет аномальное повышение напряжения на энергетические показатели АД (потери в обмотках, КПД, cos φ)?

Магнитные потери в стали статора уменьшаются; электрические потери в обмотке ротора увеличиваются; ; КПД, cosφ уменьшаются.

138. Почему при анормальном повышении напряжения АД его длительная работа станет невозможной даже на ХХ?

При повышении напряжения увеличивается поток и это вызывает сильное возрастание намагничивающего тока. Он может стать больше номинального тока статора следовательно длительная работа двигателя невозможна даже при ХХ.

139. Как влияет аномальное повышение частоты на энергетические показатели АД?

С повышением частоты скорость ротора увеличивается; электрические потери увеличиваются (так же когда U<U_ном); КПД, cosφ уменьшается.

140. Как влияет аномальное понижение частоты на энергетические показатели АД?

Электрические потери уменьшаются, поток увеличивается, в этом случае работа двигателя будет происходить также как и при U>U_1ном и f₁=const, увеличивается КПД и коэффициент мощности cosφ.

141. По каким причинам сопротивления фаз короткозамкнутого или фазного АД могут быть не равны?

В двигателях с фазным ротором несимметрия сопротивлений цепи ротора может возникнуть вследствие неисправности щеточного устройства, плохого контакта, а также при неравных сопротивлениях его фаз. Причиной несимметрии может явиться неравенство сопротивлений отдельных фаз пускового или регулировочного реостатов. В короткозамкнутых двигателях несимметрия фаз ротора может появиться в результате плохой заливки алюминия в пазы. В этом случае сопротивления отдельных стержней (фаз) будут неодинаковыми.