Слайд 1ГЛАВА ТРЕТЬЯ АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
3.1 Асинхронная машина при неподвижном роторе
Слайд 2 Рассмотрим многофазную АМ с заторможенным ротором. Для определенности будем иметь
в виду АМ с трехфазными обмотками на статоре и роторе
(рис.3.1). Предположим, что первичная обмотка включается в трехфазную сеть с фазным напряжением U1, а к фазам вторичной обмотки подключена нагрузка ZНГ.
Слайд 4 Насыщение АМ определяется суммарный магнитный поток, создаваемой обмотками статора и
ротора. Как и у трансформатора, результирующий поток индуктирует в первичной
и вторичной обмотках ЭДС Е1, Е2. Напряжение на сопротивлении нагрузки U2 равно Е2 минус падение напряжения во вторичной обмотке.
Слайд 5 Приведение обмотки ротора к обмотке статора. В тех же целях,
как и для трансформатора, приведем вторичную обмотку АМ к первичной.
Для этого можно представить себе, что реальная вторичная обмотка заменяется приведенной, которая устроена так же, как и первичная обмотка, и имеет с нею одинаковые числа фаз и витков в фазе, а также одинаковый обмоточный коэффициент основной гармоники.
Слайд 6 Приведенные величины обозначаются штрихами. Приведенные напряжения и токи вторичных обмоток
должны быть рассчитаны таким образом, чтобы энергетические и основные электромагнитные
соотношения в машине не нарушались.
Слайд 7 Введем понятия коэффициент трансформации или коэффициент приведения ЭДС и коэффициент
трансформации тока
Слайд 8 В отличие от трансформатора для АМ в выражения для kU
и ki входят также обмоточные коэффициенты.
Таким образом, при неподвижном роторе
АМ можно рассматривать как трансформатор, в котором электрическая энергия первичной цепи за вычетом потерь превращается в электрическую же энергию вторичной цепи. Во вращающейся же АМ в двигательном режиме работы электрическая энергия, потребляемая первичной обмоткой из питающей сети за вычетом потерь в машине превращается в механическую энергию на валу машины.
Слайд 9 В генераторном режиме, наоборот, механическая энергия, подводимая к валу, превращается
в электрическую энергию в первичной обмотке и передается в сеть.
Кроме того, режим работы АМ при вращающемся роторе более сложен в том отношении, что в этом случае частоты токов первичной и вторичной цепей не равны. По этой причине невозможно изобразить первичные и вторичные электрические величины на общей временной векторной диаграмме.
Слайд 10 Для изображения первичных и вторичных электрических параметров на общей векторной
диаграмме заменяют вращающуюся АМ эквивалентной ей по энергетическим и электромагнитным
соотношениям машиной с заторможенным ротором, т.е приводят режим работы вращающейся АМ к эквивалентному режиму работы этой же машины при неподвижном роторе.
Слайд 11 При такой замене ЭДС и индуктивное сопротивление вторичной цепи будут
соответствовать реальным значениям этих величин при неподвижном роторе, но вместо
активного сопротивления r2 эта цепь должна содержать сопротивление r2/s, т.е активное сопротивление должно быть увеличено на величину
Слайд 12 Введем коэффициент приведения сопротивлений вторичной цепи к первичной kr =kikU.
Приведенные
активное и индуктивное сопротивления обмотки ротора
Слайд 133.2. Обмотки асинхронных машин
Вращающееся поле в АМ создается обмоткой статора,
которая подключается к сети. Большинство АМ имеют трехфазные симметричные обмотки.
Обмотки
статора и фазные обмотки ротора АМ выполняются одно- и двухслойными. В зависимости от мощности и напряжения применяются петлевые и волновые обмотки.
Слайд 14 Статорные обмотки в АД серии 4А выполняются только петлевыми.
Двухслойные обмотки
применяются в ЭД мощностью свыше 100 кВт.
В диапазоне 15-100 кВт
применяются одно-двухслойные, которые сочетают преимущества одно- и двухслойных обмоток. Эти обмотки допускают укорочение шага.
Слайд 15 Во многих ЭП требуется ступенчатое регулирование частоты вращения. Это можно
осуществить путем переключения числа пар полюсов АМ. Для этого надо
в пазы статора положить две обмотки на разное число полюсов. При этом ротор с короткозамкнутой обмоткой обеспечивает работу АМ с высокими энергетическими показателями при разных синхронных частотах вращения.
Слайд 16 Однако с двумя обмотками статора использование активных материалов плохое, т.к.
одна их обмоток не будет использоваться.
Обмотки ротора АМ можно разделить
на две группы: короткозамкнутые и фазные.
Слайд 17 Короткозамкнутая обмотка с простой беличьей клеткой состоит из ряда медных
или чугунных стержней круглого сечения, уложенных в пазы. Стержни с
обеих сторон магнитопровода ротора привариваются к медным кольцам.
Слайд 18 Для улучшения пусковых характеристик АД применяют ротор с глубокими пазами,
когда беличья клетка выполняется из стержней прямоугольного сечения. В единых
сериях короткозамкнутые обмотки ротора изготовляются путем заливки пазов алюминием. При заливки вместе со стержнями отливаются и короткозамкнутые кольца.
Слайд 19 Низковольтные АД единой серии изготавливаются на напряжения 220, 380 и
660 В. На доске выводов обмоток располагают т.о., чтобы их
можно соединять в звезду и треугольник. При большем напряжении обмотки соединяют в звезду, а при меньшем – в треугольник. Обмотки высоковольтных АМ соединяются в звезду.
Слайд 203.3. Схемы замещения АМ
Различают Т-образную и Г – образную схемы
замещения Г-образная схема замещения представлена на рис.3.2.
Схемы замещения АМ отражают
все основные процессы, происходящие в ней и представляют собой удобную основу для изучения режимов работы.
Слайд 223.4. Режимы работы АМ, энергетические соотношения
Двигательный режим (0 < s
< 1).
В этом режиме передача энергии осуществляется от сети
к нагрузке. АД потребляет из сети активную мощность
Часть этой энергии теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении первичной обмотки
Слайд 23 Другая часть энергии – выделяется в виде магнитных потерь рмг
в сердечнике статора.
Оставшаяся часть мощности представляет собой электромагнитную мощность
Часть этой
мощности теряется в виде электрических потерь рэл в активном сопротивлении обмотки ротора
Слайд 24 оставшаяся часть мощность превращается в механическую мощность Рмх, развиваемую на
роторе. Часть механической мощности теряется внутри самой машины в виде
механических потерь (на вентиляцию, на трение в подшипниках и на щетках машин с ф.р.).
Энергетическая диаграмма АМ в приведена на рис.3.3
Слайд 26 Векторная диаграмма АМ в двигательном режиме приведена на рис.3.4.
(нарисовать
на лекции самостоятельно)
Слайд 283.5. Механические характеристики АМ
Для вывода уравнения механической характеристики рассмотрим баланс
мощности в двигателе.
Слайд 30уравнение электромеханической характеристики асинхронного двигателя.
Слайд 31
уравнение механической характеристики
Кривая
Уравнение имеет два максимума: один в
двигательном режиме, другой – в режиме рекуперации энергии в сеть.
Для
определения значений этих максимумов необходимо взять производную от выражения механической характеристики и приравнять к нулю
(самостоятельно на лекции найти экстрельные значения скольжения и момента)
Слайд 32 В результате определим значение критического скольжения, при котором двигатель развивает
максимальный (критический) момент
Слайд 33 Подставив значение критического скольжения в выражение механической характеристики получим
выражение для критического момента
Слайд 34Уточненная формула Клосса
где
– расчетный параметр
Слайд 35 Для крупных двигателей значение активного сопротивления статора не велико, то
есть , в результате получим,
так называемую, упрощенную формулу Клосса
Слайд 36 Основное преимущество записи уравнения механической характеристики в виде формул Клосса
заключается в том, что для этих выражений достаточно знать лишь
параметры, которые обычно указываются в каталогах или могут быть найдены по данным каталогов.
Слайд 37 В каталогах на асинхронные двигатели, помимо номинальных данных:
и других, приводится также кратность
максимального момента в двигательном режиме по отношению к номинальному: . . Это отношение часто называют также перегрузочной способностью двигателя.
Слайд 38 (Нарисовать на лекции по паспортным данным двигателя механическую характеристику АД
во всех режимах работы при вращении АД «Вперед» и «Назад»)
Слайд 41 Необходимо подчеркнуть, что абсолютные значения критического скольжения в двигательном режиме
и в режиме рекуперации энергии в сеть одинаковы.
Значение критического момента
в генераторном режиме Мкг больше, чем соответствующее значение в двигательном режиме Мкд, то есть
Слайд 42 (самостоятельно нарисовать оси ординат: скольжения и момента и расставить значения
скольжения по оси ординат выше и ниже оси абсцисс, определив
какие значения скольжения характерны для всех режимов работы АД: двигательном , рекуперативного торможения, торможения противовключением, динамическом торможении)
Слайд 43Каждому режиму работы асинхронного двигателя соответствует определенная область скольжений.
Слайд 44 Для асинхронного двигателя существуют два типа электромеханических характеристик: