www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе |
Динамо-машины Нагревание и охлаждение
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92
Рис. 3-29. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя.
Я, д в зубцах статора и ротора, вызываемые пульсациями поля в них, и небольшие добавочные потери Яд, возникающие при нагрузке и вызываемые полями рассеяния статора и ротора:
Р = Р\-Р...-Р..,-Р...- (3-68)
Наглядное представление о распределении мощностей в асинхронном двигателе дает его энергетическая диаграмма, приведенная на рис. 3-29. Она соответствует уравнениям (3-67) и (3-68).
Из написанных ранее соотношений (3-62), (3-63) и (3-65) следует:
(3-69)
так как
со,-со, п, - п.
: s.
(В равенствах = 0),/ = - угловая
механическая скорость является постоянной при /i = const; поэтому РМ, что дало повод назвать величину Р моментом в синхронных ваттах .) Из (3-69) получаем
я; = (1-5)Яз
(3-70)
(3-70а)
Если скольжение выразить в процентах, то можно написать, что s% от мощности Рэм, полученной ротором от статора через посредство вращающегося поля, расходуется в обмотке ротора на электрические потери [см. (3-69)], а оставшаяся часть, равная (1-s) 100% от Рэм, преобразуется в механическую мощность Рг, развиваемую ротором [уравнение (3-70)]. Поэтому асинхронные двигатели выполняются таким образом, чтобы их скольжение было невелико. Оно для нормальных двигателей мощностью от 1 до 1 ООО кет при их номинальной нагрузке составляет приблизительно 6- 1%; при больших мощностях обычно s lt;l%.
Скорость вращения поля (синхронная скорость) определяется, как указывалось, по формуле (3-53):
60/,
(3-71)
где /i - частота тока статора;
р - число пар полюсов его обмотки.
При стандартной в СССР частоте / = 50 zj, синхронные скорости вращения для различных чисел полюсов имеют значения, приведенные
в табл. 3-3.
Скорость вращения ротора согласно (3-50) равна:
nj = (l - s) laquo;, [об/лшн]. (3-72)
Номинальная скорость вращения laquo;гш получающаяся при номинальной нагрузке на валу, указывается на щитке двигателя. Она в обычных случаях позволяет определить синхронную скорость вращения, число полюсов двигателя и его номинальное скольжение s ,
Таблица 3-3
3 000 | 1 500 | 1 ООО |
Например, на щитке двигателя, предназначенного для работы при частоте тока /i = 30 гц, указана скорость вращения Пц,= = 730 об/мин. Ближайшая синхронная скорость вращения равна 750 об/мин (табл. 3-3), чему Соответствует число полюсов 2р = 8.
Скольжение
750 - 730
100 2.67УО,
При работе машины в обмотке ее ротора наводится э. д. с.
E.,i,Hf,wJ,AK (3-73)
где и - число витков и обмоточный коэффициент обмотки ротора;
h = 4r-rr-f (3-74)
- частота э. д. с. и тока в обмотке ротора. С такой же частотой будет пе-ремагничиваться сталь ротора. При работе машины двигателем частота /г мала (при fi=50 гц /2 = 0,5-3 гц), поэтому магнитными потерями в стали ротора можно пренебречь, что и было сделано при построении энергетической диаграммы на рис. 3-29.
3-6. Режимы работы машин двигателем, тормозом и генератором
Асинхронная машина при изменении скольжения от 1 до О работает как двигатель. В этом случае электромагнитная мошность Рэм передается магнитным полем со статора ротору и частично преобэазуется в механическую мощность Р2=(1-s)P-M частично -
в электрическую мощность Рэ2 = 5Рэм-
При работе \1ашины двигателем сдвиг между э. д. с. Ей наведенной в фазе обмотки статора, и током в этой фазе / больше 90 deg;, так же как для первичной обмотки трансформатора.
Исходя из полученных ранее соотношений между мощностями асинхронной машины, можно показать, что при изменении скольжения от s=\ до s=oo машина работает как тормоз. Скольжение s gt;l получается при вращении ротора против поля. При этом электрические потери в цепи ротора
Рэ2 = 5Рэм будут больше мощности Ром
и, следовательно, только частично покрываются за счет Рэ , передаваемой полем со статора рото-
ру. Другая часть электрических потерь в цепи ротора (s-1)Рэм покрывается за счет механической мощности, приложенной к ротору. Механическая мощность ротора Р2=(1 - ~5)Рэм будет отрицательной. Это значит, что она не отдается ротором, а Подводится к нему и преобразуется в электрические потери в цепи ротора, т. е. поглощается в самой машине. Поэтому режим работы при s gt;l называется тормозным режимом.
Электромагнитный момент при этом действует на ротор в направлении вращения поля, т. е. против вращения ротора; следовательно, он является тормозящим по отношению к внешнему моменту, приложенному к валу машины.
Можно также показать, что при отрицательных скольжениях асин gt; рэнная машина работает генератором. При s =
= ~-~- lt;С0 ротор вращается в направ- 1
лении вращения поля, но со скоростью, превышающей скорость поля (п gt; п,). В этом случае электромагнитная мощность Pj будет отрицательной, что следует из равенства
(3-75)
Мощность Яд при отрицательном скольжении передается полем с ротора статору. Механическая мощность Р ти этом будет также отрицательной, что следует из равенства
Р=Р = - Р -Р - Р
2 S э2 5 э2 эи э2-
(3-76)
Механическая мощность, следовательно, приложена к ротору. Часть ее идет на покрытие электрических потерь Рог в цепи ротора, другая часть преобразуется в электромагнитную мощность Рэм, передаваемую полем статору. При работе машины генератором
сдвиг между Е и / меньше 90 deg; ( sect; 3-12), так же как для вторичной обмотки трансформатора.
На рис. 3-30 приведена шкала скольжений для режимов генератора, двигателя и тормоза. Указанные режимы работы асинхронной машины и
Режим - генератора
-Режим - Иига/пел/1
- Режим mfffiMoja
Так как согласно (3-74) /2 написать:
:s/ то можно
Рис. 3-30. Шкала скольжений для режимов генератора, двигателя и тормоза.
ИХ использование для практических целей более подробно будут рассмотрены в последующем.
3-7. Аналогия с трансформатором
Между обмотками статора и ротора асинхронной машины, как отмечалось, существует только магнитная связь; здесь энергия из одной обмотки в другую передается через посредство магнитного поля.
В последующем будет показано, что при любом скольжении машины н. с. обмоток статора и ротора вращаются относительно статора с одной и той же скоростью и, следовательно, неподвижны одна относительно другой. Поле в машине создается их совместным действием.
Примем, так же как для трансфор-.матора, что в асинхронной машине при ее работе имеют место основное поле и поле рассеяния. Индукционные линии основного поля проходят через воздушные зазоры, зубцы и ярма статора и ротора и сцепляются с обеими обмотками - статорной и роторной. Этому полю соответствует главный поток Ф в воздушном зазоре.
Индукционные линии полей рассеяния проходят между стенками пазов, вокруг лобовых частей обмоток и между коронками зубцов ( sect; 3-16). Так как магнитные сопротивления для потоков индукционных трубок рассеяния определяются в основном воздушными промежутками, то в первом приближении их можно принять постоянными и в соответствии с этим считать постоянными индуктивности рассеяния обмоток статора и ротора и L (как для первичной и вторичной обмоток трансформатора).
Главный поток Ф наводит в обмотке статора э. д. с.
, = 4,44Аш, ,Ф (3-77)
и в обмотке ротора, вращающегося относительно поля со скольжением s, э. д. с.
(3-78)
, = 4,44/,ш, ,Ф.
E=\Ms\,wX, = sE (3-79)
Е, = 4МиХЛ (3-30)
есть э. д. с, наведенная в обмотке ротора при 5=1, т. е. при неподвижном роторе.
Поля рассеяния наводят в обмотках статора и ротора э. д. с. рассеяния Е и 2.9 которые можно считать пропорциональными соответствующим то-ка.м:
= E2K=-ihx . (3-81)
Индуктивное сопротивление рассеяния статорной об.мотки
(3-82)
Индуктивное сопротивление рассеяния роторной обмотки
л- = 2i:/ L., = 2т.5\Хл = SX (3-83)
где x.i~2T.fL , - сопротивление при неподвижном роторе (при 5=1).
Наряду с индуктивными сопротив-ления.ми рассеяния обмотки статора ii ротора имею? активные сопротивления
г, и Г2.
Таким образом, допустив, что в машине существуют основное поле (и соответствующий ему поток Ф) и отдельно поля рассеяния, мы можем для обмотки статора, так же как для первичной обмотки трансформатора, написать уравнение напряжений
t/. = - . + -f/,г,. (3-84)
Для обмотки ротора уравнение напряжений напишется в следующем виде:
0 = . - х -/r = sE, ~ jj,sx, - i,r,. (3-85)
В дальнейшем мы покажем, что 1при составлении соотношений, устанавливающих связь между напряжением, токами, мощностями, вращающим моментом и скольжением асинхронной машины, а также связи этих величин с ее параметрами, можно исходить из ее аналогии с трансформатором; при этом вращающаяся асин-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |