Провести аналогию между асинхронным двигателем и трансформатором кратко
Обновлено: 05.07.2024
Сравнение неподвижной асинхронной машины и трансформатора. Несмотря на то, что между обмотками статора и ротора асинхронной машины осуществляется постоянная трансформаторная связь, аналогия между асинхронным двигателем и трансформатором далеко не полная. Основное отличие состоит в следующем:
1) обмотки трансформатора сосредоточенные, а у асинхронной машины — распределенные со сдвинутыми в пространстве осями фаз;
2) в трансформаторе первичная и вторичная обмотки неподвижны, в асинхронной машине могут перемещаться друг относительно друга;
3) в трансформаторе обмотка каждой фазы обычно расположена на отдельном стержне магнитопровода, у асинхронной машины магнитопровод общий для всех фаз;
4) в магнитопроводе трансформатора поток пульсирует, в магнитопроводе трехфазной асинхронной машины — вращается;
5) в магнитопроводе асинхронной машины имеется большой воздушный зазор, вследствие этого величина намагничивающего тока и параметры, характеризующие ветвь намагничивания у асинхронной машины и у трансформатора, различны.
15.Уравнения и схемы замещения асинхронных машин. § 1.2. Уравнения токов и схемы замещения асинхронных исполнительных двигателей
В общем случае асинхронный исполнительный двигатель является несимметричной двухфазной машиной, для которой можно нарисовать известные четыре схемы замещения. Например, для обмотки управления они имеют следующий вид (рис.1.3)
Рис. 1.3. Схемы замещения обмотки управления
Здесь: s = (n1 - n)/n1 = 1 - n/n1 = 1 - n; 2 - s = 1 + n, где n - относительная частота вращения.Эти схемы позволяют получить уравнения токов, по которым можно вывести уравнения механических, регулировочных и прочих характеристик. Однако, полученные уравнения будут слишком громоздкими. Для асинхронного исполнительного двигателя ситуацию можно существенно упростить, если в схемах замещения пренебречь всеми сопротивлениями, кроме активного сопротивления ротора rр. Такие схемы, да и сами двигатели, будем называть "идеальными" (рис.1.4). Основанием для идеализации служит тот факт, что исполнительные двигатели выполняются с роторами, имеющими большое активное сопротивление.
Для последних схем замещения уравнения токов принимают вид:
(1.1)
16. Синхронные машины. Ротор синхронной машины.
По своему назначению синхронные машины подразделяют на турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы и синхронные двигатели. Назначение машины в значительной степени определяет и ее конструкцию. Турбогенераторы, приводимые во вращение быстроходными паровыми или газовыми турбинами, выполняют неявнополюсными. Для получения стандартной частоты 50 Гц они должны иметь при двух полюсах частоту вращения 3000 об/мин, а при четырех полюсах—1500 об/мин. Гидрогенераторы приводятся во вращение тихоходными турбинами, частота вращения которых составляет несколько десятков или сотен оборотов в минуту, поэтому они выполняются с большим числом полюсов (16—96) и имеют явнополюсные роторы. Дизель-генераторы, работающие от двигателей внутреннего сгорания, и синхронные двигатели небольшой и средней мощности выполняют обычно явнополюсными, мощные же двигатели — неявнополюсными.
Дизель-генераторы и синхронные двигатели выполняют, как правило, с горизонтальным расположением вала (рис. 287, а). В дизель-генераторе обычно имеется один подшипник; в качестве второй опоры ротора используется подшипник самого дизеля, вал которого жестко соединяется с валом ротора генератора. В синхронных машинах с явнополюсным ротором в полюсных наконечниках (рис. 287, 6) размещаются стержни беличьей клетки, выполненной из меди или латуни. С торцовых сторон ротора стержни соединяются с короткозамыкающими кольцами. В генераторах эту клетку называют демпферной обмоткой; она обеспечивает
Рис. 287. Роторы дизель-генератора: 1 — вал; 2 — обмотка возбуждения; 3 — полюс ротора; 4 — стержни беличьей клетки; 5 — короткозамыкающие кольца
быстрое затухание колебаний ротора, возникающих при резких изменениях режима работы машины. В синхронных двигателях беличья клетка служит в качестве пусковой обмотки. Ротор. Роторы синхронных машин по конструкции делятся на два типа: явнополюсные : (т. е. с явно выраженными полюсами) и неявнополюсные (т. е. с неявно выраженными полюсами).
На рис. 269 показаны схемы устройства синхронных генераторов с явнополюсным и неявнополюсным роторами.
Та или иная конструкция ротора диктуется соображениями механической прочности. У современных генераторов, вращающихся от быстроходных двигателей (паровая турбина), окружная скорость ротора может достигать 100—160 м/сек. Поэтому быстроходные генераторы имеют неявнополюсный ротор. Скорость вращения быстроходных генераторов составляет 3000 об/мин и 1500 об/мин.
В асинхронном двигателе роль вторичной обмотки трансформатора играет роторная обмотка, а статорная является первичной обмоткой. Несмотря на то, что между обмотками статора и ротора асинхронной машины осуществляется постоянная трансформаторная связь, аналогия между асинхронным двигателем и трансформатором далеко не полная. Основные отличия состоят в следующем:
1) В трансформаторе обмотка каждой фазы расположена на отдельном стержне, а распределённые фазные обмотки асинхронного двигателя имеют пространственный сдвиг и заложены в пазах одного якорного сердечника. Вследствие этого в сердечнике асинхронной машины поток вращается, а в сердечнике трансформатора пульсирует.
2) В трансформаторе нагрузка присоединяется к вторичной обмотке, в двигателе вторичная обмотка замкнута накоротко и в результате взаимодействия её тока с вращающимся потоком (полем) машины создаётся электромагнитный момент, который уравновешивается моментом нагрузки на валу.
3) В трансформаторе первичная и вторичная обмотки неподвижны, у асинхронной машины обмотка ротора перемещается относительно обмотки статора, в результате чего величина и частота ЭДС ротора переменны, зависят от скольжения s.
4) В обмотках вращающегося асинхронного двигателя происходит преобразование частоты и числа фаз. В результате взаимодействия вращающихся неподвижных друг относительно друга полей статора и ротора происходит преобразование электрической энергии в механическую.
5) В магнитопроводе асинхронной машины имеется большой воздушный зазор, вследствие чего величина намагничивающего тока и параметры, характеризующие ветвь намагничивания у асинхронной машины и трансформатора, различны. Ток ХХ асинхронного двигателя достигает 30-35%, а у силового трансформатора – 3-7% от номинала.
Таким образом, мы видим, что асинхронный двигатель представляет собой своего рода трансформатор, вторичная обмотка которого находится в непрерывном вращательном движении.
15.Синхронные машины. Ротор синхронной машины.
Устройство синхронных машин. Синхронные машины вне зависимости от режима работы состоят из двух основных частей: неподвижного статора, выполняющего функции якоря и ротора, вращающегося внутри статора и служащего индуктором (рис. 4.1).
Статор синхронной машины (СМ) называется якорем. На статоре расположена трехфазная обмотка, равномерно распределенная по пазам (обмотка якоря). Число полюсов обмотки статора равно числу полюсов ротора [1].
Ротор СМ называется индуктором и имеет обмотку возбуждения (ОВ), питаемую постоянным током . Токоподвод осуществляется через два контактных кольца и щетки.
Статор трехфазной синхронной машины аналогичен статору трехфазного асинхронного двигателя. Он состоит из корпуса /, цилиндрического сердечника 2, набранного из отдельных пластин электротехнической стали, и трехфазной обмотки 3, уложенной в пазы сердечника.
Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит постоянного тока, который создает магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. Ротор имеет обмотку возбуждения 4, которая через специальные контактные кольца 5 питается постоянным током от выпрямителя или от небольшого генератора постоянного тока, называемого возбудителем.
Роторы синхронных машин бывают двух типов: с явно выраженными и неявно выраженными полюсами.
Роторы с явно выраженными полюсами (рис. 4.1) применяются в сравнительно тихоходных машинах (80 – 1000 об/мин), например гидрогенераторах; они имеют значительноечисло полюсов. Конструктивно роторы этого типа состоят из вала , ступицы , полюсов , укрепляемых в шлицах ступицы, полюсных катушек возбуждения, размещенных на полюсах. Поверхность полюсного наконечника полюсов имеет такой профиль, что магнитная индукция в воздушном зазоре машины распределяется примерно по синусоидальному закону. Для быстроходных машин (турбогенераторы, синхронные двигатели, турбокомпрессоры и т. п.) явнополюсная конструкция ротора неприменима из-за сравнительно большого диаметра ротора и возникающих в связи с этим недопустимо больших центробежных сил.
Большей механической прочностью обладает ротор с неявно выраженными полюсами. Он состоит (рис. 4.3) из сердечника 1 и обмотки возбуждения 2. Сердечник изготовляется из стальной поковки цилиндрической формы. На его внешней поверхности фрезеруются пазы, в которые закладывается обмотка возбуждения.
Обмотка возбуждения распределяется в пазах сердечника так, чтобы создаваемое ею магнитное поле было распределено в пространстве по закону, близкому к синусоидальному.
Баланс мощностей
– система показателей, характеризующая соответствие суммы значений нагрузок потребителей энергосистемы (ОЭС) и необходимой резервной мощности величине располагаемой мощности энергосистемы.
Для любых замкнутых цепей сумма мощностей источников электрической энергии РИ, равна сумме мощностей, расходуемых в приемниках энергии РП. Мощность источников указывает на то, какое количество работы они могут выполнить в электрической цепи каждую секунду. Максимально допустимая мощность приемников это то, что в нормальных условиях может выдержать пассивный элемент. Если превысить допустимую мощность резисторов, обычно указываемую на корпусе, то он может перегреться, его проводящий слой разрушится, почернеет окраска корпуса и деталь выйдет из строя.
Мощность, отдаваемая источниками ЭДС, равна. PИ = E I
где:
Е — ЭДС источника (В);
I — ток (А), протекающий через этот источник, причем если положительное направление тока совпадает с направлением ЭДС, в противном случае PИ = -EI.
Если в резисторе не происходит химических реакций, то мощность выделяется в форме тепла, согласно известному закону Джоуля. PП = R I 2
I — постоянный ток (А), протекающий через резистор;
PП — мощность потерь, измеряемая в ваттах (Вт);
R — сопротивление резистора (Ом).
Общее количество теплоты, выделяемое током в цепи, не всегда совпадает с соответствующим джоулевым теплом. Так на месте контакта двух различных проводников, помимо джоулева тепла, выделяется также, так называемое тепло Пельтье, зависящее от сторонних ЭДС, определяемых в свою очередь химической природой проводников, их температурой и т.д. При наличии в проводнике градиента температур в нем выделяется еще и теплота Томсона. В большинстве практических случаев при небольших токах теплотой Пельтье и Томсона можно пренебрегать.
Равенство выражений мощностей источников и мощностей приемников называется уравнением баланса мощностей.
План составления баланса мощностей
1.Если в цепи есть источники тока, то следует любым методом найти напряжения на зажимах источников тока Uk.
Цепи с источником тока
2.Вычислить мощность источников.
N — количество источников тока в цепи;
M — количество источников ЭДС в цепи;
Uk — напряжение на источниках тока Jk;
3.Вычислить мощность, расходуемую в приемниках.
L — количество приемников в цепи;
k = 1 I 2 k * Rk
— арифметическая сумма, здесь должны быть учтены как внешние резисторы, так и внутренние сопротивления самих источников.
Можно показать, что физические процессы в асинхронном двигателе имеют много общего с процессами в трансформаторе, и асинхронный двигатель можно анализировать на основе системы уравнений и схемы замещения, полученных для трансформатора.
Как и в трансформаторе, в двигателе имеется основной магнитный поток Ф0, сцепленный с проводниками статора (первичной обмоткой) и ротора (вторичной обмоткой). Этот поток вращается c угловой скоростью ω1 = 2πf /рм, т.е. изменяется с частотой напряжения питания f1. При этом в обмотках статора и ротора наводятся ЭДС взаимоиндукции e1 и e2.
При замкнутой обмотке ротора поток Ф0 создается в результате взаимодействия МДС статора и ротора, неподвижных друг относительно друга. Действительно, частота тока в обмотке ротора прямо пропорциональна разности угловых скоростей поля и ротора и числу пар полюсов, т.е.
Обмотка ротора является многофазной, и токи ротора создают МДС, вращающуюся относительно ротора с угловой скоростью ω22 = 2πf2 /рм = ω1 -ω2. Угловая скорость этой МДС относительно статора ω21 =ω2 +ω22 = ω1, т.е. МДС статора и ротора вращаются относительно статора с одной угловой скоростью. Воздействие МДС ротора на магнитное поде двигателя называется реакцией ротора. В асинхронных двигателях реакция ротора проявляется так же, как реакция вторичной обмотки в трансформаторах.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя
Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения.Этот способ требует наличия преобразователя частоты, к которому должен быть подключен асинхронный двигатель. На основе управляемых полупроводниковых вентилей (тиристоров) созданы статические преобразователи частоты и построен ряд опытных электровозов и тепловозов с асинхронными двигателями, частота вращения которых регулируется путем изменения частоты питающего напряжения. Такой способ регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя является весьма перспективным.
Регулирование путем изменения числа пар полюсов. Этот способ позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. Для этой цели отдельные катушки 1, 2 и 3, 4, составляющие одну фазу (рис. 266), переключаются так, чтобы изменялось соответствующим образом направление тока в них (например, с последовательного согласного соединения на встречное). При согласном включении катушек (рис. 266, а) число полюсов равно четырем, при встречном включении (рис. 266, б) — двум. Катушки двух других фаз, сдвинутые в пространстве на 120°, соединяются таким же образом. Такое же уменьшение числа полюсов можно осуществить при переключении катушек с последовательного на параллельное соединение. При изменении числа полюсов изменяется частота вращения n1 магнитного поля двигателя, а следовательно, и частота вращения n его ротора. Если нужно иметь три или четыре частоты вращения n1, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить еще две частоты. Существуют двигатели, которые обеспечивают изменение частоты вращения n1 при постоянном наибольшем моменте или при приблизительно постоянной мощности (рис. 267).
В асинхронном двигателе число полюсов ротора должно быть равно числу полюсов статора. В короткозамкнутом роторе это условие выполняется автоматически и при переключении обмотки статора никаких изменений в обмотке ротора выполнять не требуется.
Регулирование путем включения в цепь ротора реостата. При включении в цепь обмотки ротора реостата с различным сопротивлением (Rп4, RпЗ, Rп2 и т. д.) получаем ряд реостатных механических характеристик 4, 3 и 2 двигателя. При этом некоторому нагрузочному моменту Мном (рис. 268) будут соответствовать меньшие частоты вращения n4, n3, n2 и т. д., чем частота nе при работе двигателя на естественной характеристике 1 (при Rп = 0). Это способ регулирования может быть использован только для двигателей с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах. Недостатками его являются большие потери энергии в регулировочном реостате, поэтому его используют только при кратковременных режимах работы двигателя (при пуске и пр.).
Асинхронный двигатель это тот же трансформатор, вторичная обмотка которого расположена на подвижном роторе. В обоих случаях используют принцип трансформации.
Ничего общего. Трансформатор преобразует напряжение и ток одной величины в напряжение и ток другой величины. Ас. двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию.
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
По физическому смыслу работа асинхронного двигателя аналогична трансформатору, поэтому его работу и приводят к режиму трансформатора. Но у асинхронного двигателя имеются отличия от трансформатора:
1) Ротор асинхронного двигателя вращается, а трансформатор неподвижный статический аппарат. Поэтому первой задачей будет приведение асинхронного двигателя к неподвижному состоянию.
Запишем выражение для тока ротора
- ток во вращающемся роторе
Разделим числитель и знаменатель на скольжение S, тогда
- ток при неподвином роторе,
т.к. его выразили через E2 и X2 – неподвижного ротора.
Читайте также: