Устройство и принцип действия синхронного генератора и асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Магнитное поле синхронного генератора в режиме нагрузки. Реакция якоря и её виды

2. U-образные характеристики синхронного двигателя

3. Принцип действия и устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

4. Задачи

Список литературы

1. Магнитное поле синхронного генератора в режиме нагрузки. Реакция якоря и её виды

В настоящей главе рассматривается трехфазный синхронный генератор, работающий на симметричную нагрузку так, что все фазы обмотки нагружены равномерно, т. е. в них наводятся одинаковые ЭДС и проходят равные по значению и сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 120° токи. Известно, что в этих условиях трехфазная обмотка статора создает вращающуюся синхронно с ротором МДС, максимальное значение которой определяется выражением.

F₁ = 0,45m₁ I₁ w₁ k_об1 / p.

В неявнополюсной синхронной машине воздушный зазор равномерен, а поэтому пространственное, положение вектора МДС статора относительно оси полюсов ротора не влияет на величину и график распределения магнитного поля статора.

В явно полюсной синхронной машине воздушный зазор неравномерен из-за наличия значительного межполюсного пространства, не заполненного сталью (рис. 1), и магнитное сопротивление потоку статора Фd по продольной оси dd намного меньше магнитного сопротивления потоку статора Фq по поперечной оси qq. Поэтому величина индукции магнитного поля статора и график ее распределения в воздушном зазоре в явно полюсных машинах зависят от пространственного положения вектора МДС обмотки статора F1 или его составляющих.

Так, амплитуда основной гармоники индукции магнитного поля статора по продольной оси B1d1 больше амплитуды основной гармоники индукции поля по поперечной оси В1q1:

B_1d1 = B₁k_d; B_1q1 = B₁k_q

где В1 -- амплитудное значение магнитной индукции поля статора при равномерном зазоре; kd и kq -- коэффициенты формы поля статора (якоря) по продольной и поперечной осям.

Коэффициенты kd и kq определяют степень уменьшения амплитуды основной гармоники поля статора (якоря) по продольной и поперечной осям, обусловленную неравномерностью воздушногo зазора в машинах с явно полюсным ротором.

Рис. 1. Магнитные поля статора синхронной явно полюсной машины по продольной (а) и поперечной (б) осям.

Значения k_d и k_q зависят от отношения максимального и минимального воздушных зазоров д_mах/д, от относительной величины зазора д/ ф, а также от коэффициента полюсного перекрытия б_i, При равномерном зазоре (д = const) отношение д_mах/д = 1. Полюсное деление ф определяют по (7.1). Коэффициент полюсного перекрытая б_i = b_р/ф, где b_р -- ширина полюсного наконечника (см. рис. 19.8).

При равномерном воздушном зазоре (д_mах/д =1) и весьма малой его относительной величине (д/ ф ? 0) коэффициенты формы поля определяются выражениями

В процессе работы нагруженного синхронного генератора в нем одновременно действуют МДС возбуждения F_в0 и статора (якоря) F₁, при этом МДС статора (якоря) воздействует на МДС возбуждения, усиливая или ослабляя поле возбуждения или же искажая его форму. Воздействие МДС обмотки статора (якоря) на МДС обмотки возбуждения называется реакцией якоря. Реакция якоря оказывает влияние на рабочие свойства синхронной машины, так как изменение магнитного поля в машине сопровождается изменением ЭДС, наведенной в обмотке статора, а следовательно, изменением и рада других величин, связанных с этой ЭДС. Влияние реакции якоря на работу синхронной машины зависит от значения и характера нагрузки.

Синхронные генераторы, как правило, работают на смешанную нагрузку (активно-индуктивную или активно-емкостную). Но для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря на работу синхронной машины целесообразно рассмотреть случаи работы генератора при нагрузках предельного характера, а именно: активной, индуктивной и емкостной. Воспользуемся для этого векторными диаграммами МДС. При построении этих диаграмм следует иметь в виду, что вектор ЭДС , индуцируемой магнитным потоком возбуждения в обмотке статора, отстает по фазе от вектора этого потока (а следовательно, и вектора МДС ) на 90°. Что же касается вектора тока в обмотке статора I₁, то он может занимать по отношению к вектору различные положения, определяемые углом , в зависимости от вида нагрузки.

2. U-образные характеристики синхронного двигателя

синхронный генератор двигатель ротор

Зависимости I(Iв) при Uc = const и Р= const называются U - образными характеристиками. На рис.2 изображены три такие характеристики для случаев Р=0 (режим холостого хода), некоторой мощности P1>0 P2> P1. Минимум тока на характеристиках соответствует активному току, потребляемому двигателем (ц=0) левые ветви - перевозбуждённому двигателю и ёмкостному току.

При уменьшении тока возбуждения Iв уменьшается ЭДС Е0 и угол sin ? увеличивается (?1??2??3).

Штриховая кривая АВ на рис.2 представляет собой границу устойчивости, на которой sin ? =90°.

Наиболее экономичным для самого синхронного двигателя является режим работы с cos ц=1 , так как двигатель развивает заданную механическую мощность при наименьшем, чисто активном токе статора.

Рис.2 Векторные диаграммы для фазы обмотки статора синхронного двигателя при разных токах. U-образные характеристики синхронного двигателя.

Обычно в эксплуатации синхронный двигатель пере возбуждают с целью улучшения cos ц сети. Режим перевозбуждения выгоден и тем, что уменьшается угол ? и возрастает перегрузочная способность двигателя. Вместе с этим следует учитывать, что обмотки статора двигателя рассчитаны на определённый ток

Размещено на http://www.allbest.ru/

с точки зрения нагрева. Поэтому, чем больше загрузка двигателя активным током Ia (определяющим механическую мощность и момент на валу), тем меньше возможности использования двигателя в качестве генератора реактивной (ёмкостной) мощности за счёт реактивной составляющей тока Ip.

3. Принцип действия и устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Принцип действия асинхронного двигателя. Трехфазные асинхронные двигатели являются самыми распространенными электрическими двигателями и применяются для привода различных станков, насосов, вентиляторов, компрессоров, грузоподъемных механизмов, а также на э. п. с. переменного тока в качестве двигателей вспомогательных машин..

Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части статора 1 (рис. 3 а), на котором расположены обмотка 2 статора, и вращающейся части -- ротора 3 с обмоткой 4. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, который для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым. Обмотка 2 статора представляет собой трехфазную или в общем случае многофазную обмотку, катушки которой размещают равномерно вдоль окружности статора. Фазы этой обмотки А-Х, B-Y и C-Z размещены равномерно по окружности статора; они соединяются «звездой» (рис.3б) или «треугольником» и подключаются к сети трехфазного тока. Обмотку 4 размещают равномерно вдоль окружности ротора. При работе двигателя она замкнута накоротко.

При подключении обмотки статора к сети создается синусоидально распределенное вращающееся магнитное поле 5 (рис. 3в). Оно индуцирует в обмотках статора и ротора э. д. с. e1 и е2. Под действием э. д.с. е2 по проводникам ротора будет проходить электрический ток i2. На рис. 3 а показано согласно правилу правой руки направление э. д. с. е2, индуцированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока Ф, по часовой стрелке (при этом проводники ротора перемещаются относительно потока Ф против часовой стрелки). Если ротор неподвижен или частота его вращения п меньше синхронной частоты n1, активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с индуцированной э. д. с. е2, при этом условные обозначения (крестики и точки) показывают одновременно и направление активной составляющей тока i2.

Рис. 248. Электромагнитная схема асинхронного двигателя (а), схема включения его обмоток (б) и пространственное распределение вращающего магнитного поля (в) в двухполюсной машине.

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарная сила Fрез, приложенная ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение и его установившаяся частота вращения соответствует равенству электромагнитного момента М тормозному, приложенному к валу от приводимого во вращение механизма и внутренних сил трения.

Э.д.с, индуцированная в проводниках обмотки ротора, зависит от частоты их пересечения вращающимся полем, т. е. от разности частот вращения магнитного поля n1 и ротора n. Чем больше разность n1-- n, тем больше э. д. с. е2. Следовательно, необходимым условием для возникновения в асинхронной машине электромагнитного вращающего момента является неравенство частот вращения n1 и n. Только при этом условии в обмотке ротора индуцируется э. д. с. и возникает ток i и электромагнитный момент М. По этой причине машина называется асинхронной (ротор ее вращается несинхронно с полем). Иногда ее называют индукционной ввиду того, что ток в роторе возникает индуктивным путем, а не подается от какого-либо внешнего источника.

Для характеристики отставания частоты вращения ротора двигателя от частоты вращения магнитного поля служит скольжение, его выражают в относительных единицах или процентах:

s = (n1-- n) /n1 или s = [(n1-- n) /n1] 100%

Список литературы

1. Кацман М. М. Электрические машины. М., 1990. -- 463 с.

2. Материал взят с сайта http://rtpb.ru/index.php?undermenu=content/synchronousdriver/featuredrive.html

Размещено на Allbest.ru