Трехфазные синхронные двигатели и электромагнитные устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Трёхфазные синхронные двигатели и электромагнитные устройства



1. Назначение

Достоинства:

1) возможность компенсации реактивной мощности (они могут вырабатывать реактивную мощность); 2) постоянство частоты вращения.

Недостатки:

1) необходимость дополнительного источника постоянного тока для питания обмотки возбуждения; 2) сложность пуска; 3) сложность конструкции (по сравнению с АД).

Синхронные двигатели (СД) применяются для нерегулируемых электроприводов средней и большой мощности (до 20000 кВт), работающих с редкими пусками в длительном режиме (компенсаторы, мощные центробежные насосы), используют синхронные двигатели (СД), имеющие большой КПД и .

СД малой мощности в приводах, не требующих постоянства частоты вращения применять нецелесообразно, так как эксплуатационные преимущества не окупают капитальных затрат.

2. Устройство

(Синхронные - т.е. частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля)

Статор синхрон. двигателя выполняется по аналогии со статором асинхронного двигателя.

Ротор представляет собой закреплённый на валу электромагнит постоянного тока, либо( в двигателе малой мощности) постоянный магнит.

Обмотка ротора, называемая обмоткой возбуждения, в работающем двигателе питается от источника постоянного тока через 2 щётки и 2 контактных кольца, жёстоко закрепленных на валу и электрически соединённых с обмоткой возбуждения (по аналогии с электромагнитной муфтой).

3. Принцип действия

Исходное состояние: статор неподвижно закреплён, вал сочленён с исполнительным органом машины. Обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного тока. Обмотка статора, соединённая треугольником или звездой, подключена к трёхфазной сети.

Обмотка возбуждения создает магнитное поле, магнитный поток которого . Трёхфазная симметричная система токов обмотки статора создаёт круговое вращающееся магнитное поле, частота вращения которого

где р - число пар полюсов магнитного поля и ротора.

Магнитное поле ротора взаимодействует с магнитным полем статора (притяжение разноименных полюсов), результатом этого взаимодействия является электромагнитный момент, создаваемый исполнительным органом рабочей машины.

Вращающееся магнитное поле индуцирует в каждой фазе обмотки статора синусоидальную ЭДС, действующее значение которой

где - постоянная величина;

n - частота вращения ротора;

- магнитный поток.

Ток в обмотке статора создаётся совместным действием напряжения трёхфазной сети и противо ЭДС обмотки статора. Ротор вращается в том же направлении что и магнитное поле статора с частотой (т.е. синхронный).

4. Схема замещения и электрического состояния обмотки статора

При анализе трёхфазных синхронных двигателей удобно использовать схему замещения одной фазы обмотки статора.

Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, то схема замещения будет иметь такой вид:

Уравнение электрического состояния, в соответствии со схемой замещения:

.

5. Формула электромагнитного вращающегося момента, угловая и механическая характеристики двигателя

Угловой характеристикой синхронного двигателя называют зависимость электромагнитного вращательного момента от угла нагрузки при постоянном действующем напряжении, постоянной частоте этого напряжения и при постоянном токе в обмотке возбуждения.

Т.е. М = ц(И) при U = const, f = const, = const.

Уравнение угловой характеристики выведем, используя векторную диаграмму тока и напряжений одной фазы обмотки статора.

1. строим

2. строим -jXI

3. замыкающий вектор .



Синхронные двигатели как правило, работают в перевозбуждённом режиме с током, опережающим по фазе напряжение, т.е. двигатель потребляет от трёхфазной сети ёмкостную мощность, что тоже самое что отдаёт в сеть индуктивную мощность, которая требуется трёхфазным асинхронным двигателям. Сдвиг фаз между напряжением и ЭДС называется углом нагрузки И. Чем больше механически противодействующий момент, тем длиннее вектор jXI, тем больше угол И. В режиме идеального холостого хода И=0 (т.к. I=0). электромагнитный ротор двигатель синхронный

Из треугольника ОКМ: КМ = ЕsinИ.

Из треугольника NКМ : КМ = ХIcosц.

ЕsinИ = ХIcosц.

Электромагнитный момент:

- уравнение угловой характеристики.

Устойчивая работа двигателя возможна только на участке ОК угловой характеристики. Номинальный угол нагрузки выбирают из условия, чтобы кратность максимального момента



была бы примерно такой же, что и в асинхронном двигателе, т.е. .

В отличии от асинхронного двигателя синхронные двигатели менее чувствительны к изменением напряжения, т.к. их моменты пропорциональны напряжениям в первой степени. Максимальный момент (перегрузочная способность двигателя) зависит от тока в обмотке возбуждения. Чем больше ток возбуждения , тем больше поток , тем больше Е, тем больше

>

Механическая характеристика синхронного двигателя абсолютно жесткая, т.е. частота вращения не зависит от момента.

<



6. Саморегулирование вращающегося момента

Способы пуска в ход двигателя, регулирование частоты вращения, реверсирования двигателя:

Начальный пусковой момент равен 0. Поэтому применяют искусственные способы пуска двигателя. А практике наиболее часто используют прямой асинхронный пуск и частоточный пуск.

Рассмотрим прямой пуск: ротор двигателя, предназначенный для асинхронного пуска, снабжают короткозамкнутой дополнительной обмоткой, выполненной по типу беличьего колеса. Пуск происходит следующим образом: обмотка возбуждения замыкается на пусковой резистор (что бы произошла изоляция обмотки).

Обмотка статора подключена к трёхфазной цепи на номинальное напряжение, и двигатель запускается как асинхронный. Когда частота вращения ротора будет близка к синхронной, пусковой резистор отключится, и обмотка возбуждения подключится к источнику постоянного тока. Далее двигатель самостоятельно входит в синхронизм.

Частотный пуск производится следующим образом: обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока, обмотку статора подключают к регулятору частоты и плавно увеличивают частоту напряжения регулятора от 0 до номинального значения. Магнитное поле и ротор плавно увеличивают свою частоту вращения от 0 до синхронной.

Синхронные двигатели являются, как правило, нерегулируемыми, но если требуется изменить частоту вращения, то это можно сделать только изменением частоты напряжения.

Реверсирование аналогично с асинхронным двигателем.



7. Назначение трансформаторов

Трансформатор - статический электромагнитный преобразователь переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Т может быть однофазными и трехфазным, двухобмоточным и многообмоточным.

Классический Т - двухобмоточный.

Устройство однофазных и трёхфазных трансформаторов:

Содержит замкнутый ферромагнитный сердечник из тонких изолированных друг от друга листов эл. Тех . стали и двух обмоток охватывающих сердечники расположенных одна поверх другой.

В промышленности применяются трехфазные трансформаторы содержащие трехстержневой сердечник.(На каждом стержне две обмотки ОНН и ОВН.

Обмотки соединены между собой треугольником или звездой)

1- обмотка высшего напряжения.

2- Обмотка низшего напряжения

3- Замкнутый ферромагнитный сердечник из листовой стали

4- Изоляционный канал между обмотками.

Принцип действия двухобмоточного трансформатора:

Сердечник состоит из стержня. Трехфазный трансформатор содержит три одинаковых стержня, соединенных с торцем ярмами. На каждом стержне как и в однофазном трансформаторе размещены одна поверх другой две обмотки, которые соединяются между собой либо звездой, либо треугольником.

Принцип действия:

Каждый стержень с обмотками, по существу, представляет собой 1фазный трансформатор. Обмотка, которая подключена к источнику питания называется первичной. Для первичной обмотки вводим индекс 1. Обмотка, к которой подключены приемники электроэнергии, называют вторичной. Индекс - 2.

Первичная обмотка подключена к источнику синусоидального тока с , а ко вторичной обмотке подключен приемник с .

Напряжение создает в первичной обмотке ток , который создает МДС , которая создает магнитный поток

Магнитный поток индуцирует в обеих обмотках ЭДС в соответствии с законом электромагнитной индукции.

ЭДС вторичной обмотки создает в обмотке и приемнике ток и МДС , которая воздействует на магнитный поток, т. е. магнитный поток создается совместным действием токов обеих обмоток.

Таким образом в трансформаторе имеются две обратные связи: от МДС по току и от к току .

Трансформатор является преобразователем тока, напряжения и сопротивления.

Преобразователь напряжения и тока:

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС, индуцируемые переменным магнитным потоком в обмотках, пропорциональны количеству витков и скорости магнитного потока.

Согласно второму закону Кирхгофа для идеального трансформатора:

Отношение напряжений и ЭДС

- коэффициент трансформации.

Трансформатор - преобразователь напряжения, тока, сопротивления:

Т.о. трансформатор является масштабным преобразователем напряжения, т. е. изменяет напряжение по амплитуде пропорционально количеству витков , не изменяя при этом формы кривой напряжения.

Изменяя количество витков вторичной обмотки можно получить, либо понижающий трансформатор, либо повышающий.

Если , то - трансформатор повышающий

Если , то - трансформатор понижающий

Согласно закону полного тока для идеального трансформатора в соответствии с электромагнитной схемой

, где Н - напряженность магнитного поля в сердечнике l - длина средней линии сердечника

В идеальном трансформаторе Н=0

Т. о. трансформатор является масштабным преобразователем тока.

Любое изменение тока в приемнике ( соответственно и во вторичной обмотке) вызывает пропорционально изменение тока в первичной обмотке и соответственно изменение тока в источнике питания трансформатора.

Мгновенная и полная мощности при преобразовании U и I остаются неизменными

, т.е.

, т.е.

Т.е. полная мощность любой из обмоток является полной мощностью трансформатора.

Она указывается в паспорте трансформатора.

Преобразование сопротивления:

Полная мощность энергии, потребляемая приемником

Полная мощность энергии, потребляемая первичной обмоткой трансформатора от источника питания

,

где - полное сопротивление приемника, воспринимаемое источником питания.

Т.к.

Отсюда

Т.о. трансформатор «изменяет» сопротивление приемника пропорционально квадрату коэффициента трансформации.

Назначение:

Датчиком или измерительным преобразователем называют элемент измерительной контролирующей, регулирующей или управляющей системы; преобразующий контролируемую (часто не электрическую величину) в эл. сигнал удобный для измерения, передачи, хранения , обработки, регистрации а так же для воздействия на управляемые процессы.

Датчики применяют в системах автоматического контроля регулирования и управления металлорежущих станках и промышленных работах в качестве источников информации об объектах исследования: в качестве датчиков технологических параметров, датчиков контроля и диагностирования процессов обработки, состояния инструмента и механизмов станка, датчиков обратной связи, эл.проводов и др.

Устройство, принцип действия одинарного и дифференциального индуктивных и индукционного датчиков:

Одинарный индуктивный датчик - преобразует не эл. величину в эл. в величину - индуктивность. Датчик содержит ферромагнитный сердечник, обмотки выполненную из медного изолированного провода и якорь. С якорем связывают контролируемый объект, положение этого объекта определяет положение якоря.

Если пренебречь магнитным сопротивлением ферромагнитныхучастков то индуктивность обмотки датчиков: т.е. индуктивность обмотки прямопропорциональна при постоянном зазоре. Площадь поперечного зазора и обратно пропорциональна при постоянной площади длине воздушного зазора.

Т.о. для изменения индуктивности можно изменять либо длину зазора при постоянной площади или изменять площадь при постоянном зазоре:

1. S=const; д=war

2. д=const; S=warРазмещено на http://www.allbest.ru/

Действующее значение тока в приемнике из законов Ома:

Активное сопротивление обмотки R, зависимость индуктивности , для датчиков 1-го типа имеет следующий вид;

Для датчиков второго типа, эти зависимости симметричны:

Основные недостатки одинарных датчиков:

1. наличие тока х.х. - что уменьшает чувствительность;

на якорь постепенно действует эл.маг. сила стремящееся притянуть якорь, эта сила воздействует на контролируемый объект.

Эти недостатки отсутствуют в дифференциальном датчике, который содержит 2-а сердечника с обмотками.

При нейтральном положении якоря когда д₁=д₂ индуктивность обмоток равны между собой L₁=L₂ и ток в приемнике I_П=0. Эл.маг. силы действующие на якорь со стороны обоих сердечников так же уравновешены. При перемещении якоря влево или вправо под действием контролируемого объекта индуктивность одной обмотки увеличивается, в другой появляется и увеличивается ток в обмотке. Чем больше перемещение тем больше ток.



8. Индукционный датчик

Является генераторным датчиком и не требует источника питания. Его принцип действия основан на явлении эл.маг. индукции выходной величиной датчика является напряжение.

1 - основание, выполняется из ферромагнетика в виде диска; 2 - кольцевой постоянный магнит; 3 - ферромагнитный сердечник в виде цилиндра; 4 - обмотка; 5 - ферромагнитный якорь в виде диска.

Контролируемый объект связан с якорем. Магнитный поток создаваемый кольцевым магнитом замыкается по телу магнита к основанию сердечника, и якорю. При перемещении якоря в продольном направлении изменяется магн. поток в сердечнике под действием чего в обмотке индуцируется ЭДС и скорость изменения магн. потока; и на зажимах обмотки возникает напряжение пропорциональное скорости перемещения якоря.

Чтобы рассмотренный датчик контролировал непосредственно перемещение, нужно выходное напряжение проинтегрировать. Если выходное напряжение продифференцировать то получим датчик ускорения.

Литература

1.Волынский В.А. и др. Электротехника /Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб.пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 528 с., ил.

2.Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учеб.пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 2003. - 440 с., ил.

3.Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов /В.Г. Герасимов, О М. Князьков, А Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2006. - 336 с., ил.

4.Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.1. Электрические и магнитные цепи. - М.: Высшаяшк. - 1996 г.

5.Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины. - М.: Высшаяшк. - 1997 г.

Размещено на Allbest.ru

...