Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1264 вуза, 4629 предмета.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Саяно-Шушенский Филиал Сибирского Федерального Университета
Предмет:
Теоретические основы электротехники
Файл:

Алехин электротехника

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
28.02.2024
Размер:
9.47 Mб
Скачать
☆

 

 

 

 

320

 

 

 

 

18.2. Создание вращающегося магнитного поля

 

y

 

 

 

 

Электрические

двигатели

пере-

н 3 B1

к

 

 

менного тока работают с использовани-

 

 

ем

вращающегося

магнитного

поля

 

 

 

 

 

 

 

 

(ВМП)

 

 

 

 

к

н

 

 

 

Вращающееся

магнитное

поле

 

 

трехфазного тока создается с помощью

 

 

x

 

 

1

 

трех катушек, сдвинутых в простран-

B3

B2

 

 

стве на 120 и питаемых трехфазным

н

к

 

 

током (рис.18.1). На рис.18.1 обозначе-

 

 

ны номера обмоток (1, 2, 3), начала и

2

 

 

 

 

 

 

концы (Н, К), векторы магнитной ин-

Рис. 18.1

 

 

 

 

 

 

 

дукции, создаваемые катушками

 

( B1 , B2 , B3 ).Направление векторов Bi

определяем по правилу Буравчика.

В катушках действуют токи:

 

 

 

 

 

 

 

i1

t

 

Im sin t ,

 

 

 

(18.1)

 

i2

t

 

Im sin t

120

 

(18.2)

 

i3

t

 

Im sin t

120

 

(18.3)

Каждый ток создает пульсирующее магнитное поле, направленное

вдоль оси катушек. Магнитная индукция пропорциональна токам.

 

 

 

B1

t

Bm sin t ,

 

 

(18.4)

 

 

B2

t

 

Bm sin t

120

,

(18.5)

 

 

B3

t

 

Bm sin t

120 .

(18.6)

Векторы магнитной индукции сдвинуты во времени (18.4-18.6) и в

пространстве (рис.18.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем проекции результирующего вектора магнитной индукции на

оси х и у:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

t

 

 

B cos 30

B cos 30

3

B

sin t 120

B sin t 120

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

 

 

 

2

 

m

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

3

 

B

 

 

2 cos t sin 120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

B

 

 

2 cos t

3

 

 

3

B cos t .

(18.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

m

 

 

2

 

2

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

By

 

t

 

 

 

B1

B2 cos 600

B3 cos 600

 

 

 

 

 

Bm sin t

Bm sin t

120

 

cos 60

Bm sin t

120 cos 60

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

 

 

 

 

 

 

 

 

 

321

 

 

 

 

 

 

Bm sin t

0,5Bm sin t

120

 

sin t

120

 

 

 

Bm sin t

0,5Bm

2 sin t cos

120

 

 

 

 

 

B

sin t

0,5B sin t

 

3 B

sin t .

 

 

 

(18.8)

m

 

 

 

 

m

 

 

2

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем модуль результирующего вектора магнитной индукции:

B t

 

B2

 

B2

 

3 2

B2

cos2 t

3 2

B2 sin2 t

3 B

 

. (18.9)

 

 

x

 

y

 

2

m

 

 

 

 

 

2

m

2 m

 

 

Текущая фаза вектора магнитной индукции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

By

 

3

 

sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

tg

 

2

 

 

 

tg t .

 

 

(18.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bx

 

3

2

cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, результирующий вектор магнитной индукции

 

 

+j

 

 

 

 

B t

 

3 B e

j t

вращается в сторону ка-

 

 

B1

 

3/2 Bm

 

 

 

2

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тушки с отстающим током с угловой скоро-

 

 

 

 

 

 

стью (рис.18.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Направление вращения определяется по-

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 рядком следования фаз токов.

 

 

 

B3

 

 

ωt

 

B2

 

 

 

Для изменения направления вращения на

 

 

 

 

 

 

противоположное можно поменять

местами

 

Рис. 18.2

 

 

включение любых двух фаз на противополож-

 

 

 

 

 

 

ное.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18.3. Вращающееся магнитное поле двухфазного тока

 

 

Двухфазная

система

 

имеет

фазные

токи:

i1 t

Im sin t ,

 

y

 

 

 

 

i2 t

Im cos t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B1

к

 

 

 

 

 

Вращающееся

магнитное

поле

 

 

 

 

(рис.18.3)

можно получить с помощью

 

 

Bx

B(t)

 

 

 

 

двух катушек с магнитными индукциями:

 

 

 

Bωy

t

 

к

 

α

 

н

 

By

B1

t

Bm sin t ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B2

 

1

x

Bx

B2

t

Bm cos t .

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль

вращающегося

 

вектора

 

 

 

 

 

 

 

 

2

н

 

 

 

 

B t

 

B2

B2

B .

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y

m

 

 

Рис. 18.3

 

 

 

 

Текущая фаза:

 

 

 

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

 

 

 

 

 

 

322

 

 

 

tg

By

sin t

tg t .

 

 

 

 

Bx

cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор B t

B e j t

вращается в сторону катушки с отстающим

 

 

 

m

 

 

 

 

током.

 

 

 

 

 

 

 

18.4.Устройство асинхронного двигателя трехфазного тока

 

Асинхронные машины (АСМ) относятся к электрическим машинам

переменного тока. Магнитное поле АСМ создается трехфазным, двухфаз-

ным

или однофазным источником

переменного напряжения.

Потому

АСМ бывают трехфазные, двухфазные и однофазные.

 

 

 

Трехфазный асинхронный двигатель (АСД) разработан в 1889 г. рус-

ским изобретателем, ученым и инженером Доливо-Добровольскими до сих

пор используется благодаря простоте конструкции.

 

 

 

Мощность асинхронных двигателей от 60 Вт до 400 кВт.

 

 

 

Устройство трехфазной асинхронной машины показано на рис.18.4а.

 

 

Пазы

 

A

Витки обмотки

 

 

 

 

 

 

Статор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

Ротор

ia

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N0

 

 

S0

 

 

 

 

 

 

 

B

ia

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

Станина

 

 

Магнитное

б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 18.4

 

 

 

 

Статор трехфазной АСМ состоит из чугунной станины, в которой

закреплен магнитопровод с пазами для обмоток.

 

 

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

323

 

 

 

 

 

 

 

Все внешние провода обмоток подходят сзади (рис.18.4б). Для мо-

мента

t1

мгновенные значения трехфазных токов показаны на рис.18.5.

Направления токов в обмотках статора АСМ обозначены на рис.18.4а. Три

обмотки

асинхронного

двигателя создают вращающийся вектор магнит-

ного поля N0S0

с двумя полюсами N0

и S0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как

существуют 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

полюса (N0 и S0), то такая ма-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шина

называется двухполюс-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ная.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество пар полюсов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

магнитного

поля обозначают

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р. В двухполюсной машине Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВМП вращается с часто-

 

 

 

 

Рис. 18.5

 

 

 

 

 

той токов в статоре f1. Период

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 f .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вращения T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

Количество оборотов ВМП в минуту обозначают n1

60 f1.

 

 

Четырехполюсная АСМ имеет обмотку статора из шести катушек

(рис.18.6а,б). Магнитное поле имеет две пары полюсов (Р=2).

 

 

 

 

A

 

 

 

A

 

 

B

 

C

 

 

 

 

 

Y

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

S

 

C’

N

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

 

x

 

 

y

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

 

X’

A’ IA B’ IB C’ IC

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

S

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B’

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z’

 

Y’

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эпюра магнитного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A’

 

 

 

x'

 

 

y'

 

z’

 

 

 

а)

 

 

 

 

 

 

 

 

поля.

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

 

 

 

в) –

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

полюсное деление

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 18.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

фазы

А

в

момент

t1

ток

проходит

по

проводникам

A

x

A

x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис.18.6в

показана

эпюра

 

магнитного

поля. Полюсное деление

определяют как длину части окружности, формирующей один магнит-

ный полюс. Магнитные линии исходят из N и направлены к S. Магнитное

поле вращается с частотой n

60 f

,

p

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изменяя конструкцию обмоток, число полюсов можно сделать лю-

бым. В результате снижается скорость вращения ВМП.

 

 

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

 

 

 

324

 

 

 

18.5. Магнитный поток полюса

 

Магнитный поток одного полюса можно рассчитать так:

 

 

 

Фп

Bср l ,

(18.11)

где:

-

полюсное деление,

l – активная длина проводника, Bср –

B

 

 

среднее значение магнитной ин-

 

 

дукции.

 

 

 

 

 

Bm

Вср

График изменения магнит-

 

 

 

ной индукции под полюсами по

 

 

 

форме близок к синусоидальному

 

 

 

(рис.18.7). Поэтому средняя маг-

 

 

Рис. 18.7

нитная индукция Вср

2Вм

 

 

 

.

 

 

 

 

 

18.6. Конструкция ротора асинхронных машин

 

В роторе асинхронной машины под действием вращающегося магнитного поля индуцируются токи, которые создают вращающий момент.

Стержни

Кольца Рис. 18.8

Применяют следующие типы роторов:

1. Короткозамкнутый ротор (типа «Бе-

личье колесо»). Стержни ротора выполнены из меди или латуни и приварены к кольцам из того же материала. Стержни и кольца имеют очень малое сопротивление и образуют проводящую короткозамкнутую систему

(рис.18.8).

Короткозамкнутый ротор является наиболее простым по конструкции и широко применяется в асинхронных двигателях различного назначения.

2. Фазный ротор имеет на роторе трехфазную обмотку, соединенную звездой (рис.18.9). Выводы фазных обмоток ротора присоединены к контактным кольцам. Кольца через скользящие по кольцам угольные щетки подключены к трехфазному реостату. Это позволяет улучшить пусковые характеристики и регулировать частоту вращения.

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

325

Ротор

контактные кольца

 

щетки

реостат

Рис. 18.9

18.7. Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя основан на силовом взаимодействии ВМП статора с токами, возникающими в обмотке ротора под действием наведенной в ней ЭДС (рис.18.10). ВМП вращается с часто-

 

 

 

той

n1, пересекает проводники ро-

 

Проводник

N

тора и наводит в них ЭДС. По форме

 

ротора

ЭДС,

наводимая

в роторе, близка к

 

 

 

 

 

 

синусоидальной,

прямо-

Ротор

 

пропорциональна

относительной

 

Ток

ВМП

скорости проводника в магнитном

 

ЭДС

n1

поле и значению магнитной индук-

 

Fэм

 

ции. В замкнутых проводниках об-

 

 

n2

мотки ротора возникает синусои-

 

 

дальный ток, отстающий по фазе от

S

Рис. 18.10

ЭДС, так как обмотка ротора имеет

 

 

 

 

 

индуктивный характер.

Направление тока определяем по правилу правой

руки. На проводник с

током действует

электромагнитная сила Fэм ,

направленная по правилу левой руки. В результате проводник и ротор вращаются в направлении вращения ВМП со скоростью n2<n1. Если бы n2 стало равным n1, то ВМП не пересекало бы проводники и наводимая ЭДС равнялась бы нулю.

В установившемся режиме электромагнитные силы будут уравновешены механическими силами торможения.

Скольжение характеризует неравенство частот вращения ротора и

ВМП:

 

 

 

 

 

S

n1

n2

.

(18.12)

 

 

 

 

n1

 

В процентах скольжение выражают так:

 

S

n1

n2

100%.

(18.13)

 

 

 

 

n1

 

В номинальном режиме S составляет несколько процентов.

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

326

18.8.Схема замещения обмоток ротора

Внеподвижном роторе наводится ЭДС:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е2н

 

 

 

 

СE

f1

п ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(18.14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где СE -

коэффициент,

зависящий

от

 

 

геометрических

размеров

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АСМ, числа витков в обмотках статора и ротора и т.п.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

I2

 

 

 

Для подвижного ротора

 

 

в результате сколь-

 

 

 

 

 

 

 

жения наводимая ЭДС уменьшается и составляет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E2s

 

 

S Е2н

 

 

 

 

СE

 

 

 

f1

п

S .

(18.15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E2S

 

 

 

 

 

 

 

 

Если частота скольжения

f2

S

f1, реак-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тивное сопротивление ротора будет равно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X2

S 2 f1L2

 

 

 

S X2н .

(18.16)

Рис. 18.11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема замещения обмотки ротора показана на

 

 

 

 

 

 

 

рис. 15.11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Находим ток ротора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2

 

 

E2

 

 

 

S E2н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E2н

 

 

.

(18.17)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R22

X 22

 

 

R22

 

 

X 2н S

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X 2н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В неподвижном роторе (S=1):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2н

 

 

 

 

 

 

E2н

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(18.18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

X 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По мере

раскручивания

двигателя скольжение S уменьшается и

при синхронной частоте (S=0) I2=0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сдвиг фаз между током и ЭДС ротора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg

2

 

X 2

 

 

 

S

X 2н

 

 

 

 

 

S 1L2

,

 

 

 

(18.19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos 2

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

(18.20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

S

 

 

X

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18.9. Вращающий момент асинхронного двигателя

 

 

В общем случае вращающий момент M

 

 

P

, где:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

327

 

P E2s I2 cos 2

(18.21)

–активная мощность, выделенная в роторе, - угловая скорость.

Васинхронном двигателе вращающий момент зависит от скольже-

ния:

M

E2nS

I2 cos 2

СФ

 

 

E2nS

 

 

 

 

R2

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

X

2н

S 2

 

R2

X

2н

S 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

СФ

 

E2н

R2

.

 

 

 

(18.22)

 

 

 

 

 

 

R22

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SX 2н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График зависимости вращающего момента от скольжения показан на рис.18.12.

M

 

 

 

А

 

 

Ммах

В

 

 

 

Mном

Мп

 

 

0

Sопт

S

 

 

 

 

Рис. 18.12

 

На графике рис.18.12 обозначены:

 

n2

 

 

Мном

–

номинальный

момент

n1

Рабочая зона

S

3

5% ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ммах

–

максимальный

момент

 

A

S

10

 

14% ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Остановка

 

Мп– пусковой момент

S

100%

 

движения

(требуется для запуска вращения двигате-

 

 

 

 

ля).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для асинхронного двигателя обычно

Мп

Ммах M

выполняется:

 

 

 

Mmax

 

2 3 Mном , Мп

 

Mном .

 

Рис.18.13

 

 

 

 

 

На кривой (рис.18.12) отмечены два

участка:

 

 

 

 

 

 

 

 

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

 

 

328

ОА – устойчивая работа двигателя под нагрузкой. С ростом нагрузки увеличивается S, ток ротора увеличивается, момент М тоже увеличивается.

АB – неустойчивая работа двигателя, снижение оборотов. С ростом скольжения уменьшается момент, двигатель замедляется и останавливается. Возникает перегрев двигателя.

Механическая характеристика асинхронного двигателя показана на рис.18.13. Это зависимость частоты вращения n2 от момента на валу. Увеличение М до максимального значения приводит к остановке двигателя.

Вращающий момент М пропорционален квадрату напряжения сети.

18.10. Оптимальное скольжение

Оптимальное скольжение соответствует максимальному вращающему моменту (18.22):

 

 

 

M

C

 

 

E2н

R2

.

 

 

 

 

 

R22

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SX 2n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем минимум знаменателя этого выражения:

 

 

d

 

R2

SX 22н

 

R2

X 22н 0 .

 

 

 

 

2

 

 

2

 

(18.23)

 

dS

 

S

 

S 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

опт

 

R2

 

.

 

 

 

(18.24)

 

 

 

 

X 2н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Меняя R2, можно изменить зависимость М от S (рис.18.12). При оптимальном скольжении получим максимальный момент:

Mmax C E2н . (18.25)

2X 2н

18.11. Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности асинхронного двигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) асинхронного двигателя вычисляют по формуле:

 

P

P

P

P

Р

 

 

1

м

c

мех

доб

,

(18.26)

 

 

 

Р1

 

 

 

 

 

 

 

 

где:

P1 – мощность, потребляемая из сети;

Pм – мощность потерь в обмотках (в меди);

Pс - мощность потерь в стали магнитопровода;

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

329

Рмех - мощность механических потерь;

Рдоб - мощность добавочных потерь за счет пульсации магнитного поля в ребристых конструкциях ротора и статора.

Для современных асинхронных двигателей 0,9 0,95 . В номинальном режиме коэффициент мощности:

cos

P

0,7

0,9.

 

S

 

 

 

В режиме холостого хода cos

0,2

0,3.

18.12.Синхронные машины переменного тока

Всинхронных электрических машинах ротор и магнитное поле тока статора вращаются синхронно с одно и той же частотой вращения.

Синхронные машины (СМ) обратимы и могут работать в генераторном и двигательном режиме.

П р и м е н е н и е с и н х р о н н ы х м а ш и н

Трехфазные синхронные генераторы мощностью до 1200МВт выра-

батывают электроэнергию на гидроэлектростанциях (ГЭС) и тепловых электростанциях ТЭС.

Синхронные двигатели работают в прокатных станах, насосах, компрессорах и имеют мощность до десятков мегаватт.

Синхронные генераторы и двигатели малой мощности, микродви-

гатели применяют в автомобилях, автономных источниках питания, автоматических устройствах, робототехнике, бытовой технике.

18.13. Устройство трехфазной синхронной машины

Статор синхронной машины устроен также как у асинхронной. Ка-

C

A

B

 

тушки статора создают вращающееся

 

магнитное поле.

 

 

 

 

 

 

 

ИПН

Ротор СМ представляет собой

 

 

 

электромагнит. Обмотка ротора

 

 

 

 

 

 

 

 

называется обмоткой возбуждения и

 

 

 

Щетки

подключается через два контактных

 

 

 

 

 

 

 

 

кольца и щетки к независимому ис-

 

 

ОВ

Кольца

точнику постоянного напряжения.

 

 

 

 

 

 

Рис. 18.14

По конструкции роторы быва-

Ротор

 

Обмотка

ют:

 

 

 

 

возбуждения

 

Явнополюсные – имеют высту-

 

 

 

 

пающие полюсы с полюсными наконечниками, на которые надеты катушки (рис.18.15).

В.А. Алехин. Электротехника. Мультимедийный курс лекций. 2016

Соседние файлы в предмете Теоретические основы электротехники
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности