Лекции по "Эллектротехнике"

Действующее значение ЭДС в одной фазе обмотки ротора определяется по формулу, аналогичной формуле, по которой определяется действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора: .

Таким образом, действующее значение ЭДС, индуктируемой вращающимся магнитным полем статора, определяется по формуле

7.5,

где - число витков обмотки ротора;

 – частота  ЭДС в обмотке ротора;

обмоточный коэффициент обмотки ротора (вводится потому, что проводники обмотки ротор распределены вдоль его поверхности и поэтому, в отличие от трансформатора, пересекаются магнитным потоком не одновременно);

Ф – магнитный поток вращающегося магнитного поля.

При неподвижном роторе s = 1, поэтому f2 = f и .

При вращающемся роторе 1>s>0, поэтому или .

Индуктивное сопротивление обмотки вращающегося ротора

 

Действующее значение тока в обмотке вращающегося ротора

.

Разделив числитель и знаменатель на s, получим

7.6.

Из формулы 7.10 следует, что при уменьшении скольжения ток в обмотке ротора увеличивается. Увеличение тока в роторе приведёт к увеличению тока в статорной обмотке, так же как и у трансформатора: увеличение тока во вторичной обмотке приводит к увеличению тока в первичной обмотке.

2. Пуск и реверсирование трёхфазного асинхронного двигателя.

В момент пуска s=1, поэтому ток I2 в момент пуска будет в несколько раз больше номинального тока ротора (см. формулу 7.6). В несколько раз больше номинального будет и ток, потребляемый двигателем из сети. Кратковременный пусковой ток не опасен для самого двигателя, но может привести к значительному провалу напряжения в сети и к сбою в работе других потребителей, получающих питание из этой сети.

Двигатели, номинальная мощность которых не велика по сравнению с мощностью питающей сети, можно пускать без ограничения пускового тока, подключая обмотку статора к сети непосредственно с помощью пускателя или выключателем. Такой способ пуска называется прямым.

 

Пусковой ток двигателя можно ограничить, уменьшив напряжение на обмотке статора (рис.7.8).

У двигателей с фазным ротором пусковой ток можно уменьшить, кроме того, введением сопротивлений пускового реостата в цепь обмотки ротора(рис.7.9).

Для реверсирования двигателя нужно изменить порядок подключения двух любых фаз обмотки статора к фазам питающей сети (рис.7.10).

3. Регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателя.

Из формулы 7.7 следует:

ω = ω1(1-s) или n = n1(1-s)

но , а , поэтому

, а 

Как следует из формул 7.11, скорость двигателя зависит от частоты тока в питающей сети, числа пар полюсов электродвигателя и его скольжения.

Для изменения частоты тока двигатель должен получать питание от сети через преобразователь частоты, с помощью которого и изменяют частоту тока. При этом способе происходит плавное регулирование скорости.

Число пар полюсов может производиться только у двигателей специальной конструкции, у которых предусмотрено переключение обмотки с одной пары полюсов на другое их число. При этом способе регулирование скорости происходит не плавно, а ступенчато. Данный способ используется в двух- и трёхскоростных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором.

Для изменения скольжения двигателя нужно изменять значение сопротивлений, введённых в цепь роторной обмотки через регулировочный реостат. Это возможно только для двигателей с фазным ротором.

 

 

Лекция 29.

Тема 7.2 Электрические машины переменного тока.

Синхронные генераторы.

Существуют однофазные и трёхфазные синхронные генераторы (СГ). Более широкое применение находят трёхфазные синхронные генераторы.

1. Устройство трёхфазного генератора.

Статор трёхфазного генератора устроен аналогично статору трёхфазного асинхронного электродвигателя.

Ротор генератора представляет собой электромагнит. Они бывают двух видов: с явно выраженными и неявно выраженными полюсами. Роторы с явно выраженными полюсами имеют генераторы, частота вращения которых не превышает 1500 об/мин. При более высокой частоте вращения в генераторах устанавливают роторы с неявно выраженными полюсами.

На валу ротора с явно выраженными полюсами (рис.7.11,а и 7.12) крепятся сердечники полюсов, на которых помещают катушки из изолированного медного провода. Соединённые между собой катушки, образуют обмотку возбуждения генератора. Начало и конец обмотки возбуждения присоединяют к медным кольцам (2 и 3 на рис.7.11,а), расположенным на валу. Через кольца и щётки обмотку возбуждения соединяют с источником постоянного тока.

На валу ротора с неявно выраженными полюсами (рис. 7.11,б и 7.12) напрессован стальной сердечник с пазами. В пазы укладывают катушки из изолированного медного провода. Катушки соединяют между собой в отдельные группы, образующие полюса электромагнита (на рис.7.11, б  - одна пара полюсов). Все группы катушек соединяют между собой, в результате чего образуется обмотка возбуждения генератора. Начало и конец обмотки возбуждения присоединяют к медным контактным кольцам, расположенным на валу. Через кольца и угольные щётки (2 и 3 на рис. 7.11,б) обмотка возбуждения соединяется с источником постоянного тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Принцип действия трёхфазного генератора.

Обмотка возбуждения генератора может получать питание постоянным током от возбудителя (небольшого генератора постоянного тока, находящемся на одном валу с синхронным генератором) или через трансформатор и выпрямитель от обмотки статора своего же генератора. В первом случае генератор называется генератором с независимым возбуждением, а во втором случае – генератором с самовозбуждением, в котором начальное возбуждение (индуктирование ЭДС в обмотке статора) происходит за счёт остаточного намагничивания всех стальных деталей генератора, и прежде всего, стальных сердечников ротора и статора.

Постоянный ток, проходящий по обмотке возбуждения, возбуждает в генераторе постоянный магнитны поток. Вращаясь вместе с ротором, этот поток пересекает проводники трёхфазной обмотки статора и индуктирует в них ЭДС. Конструкция генератора такова, что магнитная индукция в воздушном зазоре между статором и ротором распределена по синусоидальному закону: максимальное значение индукция имеете в зазоре, находящемся над серединами полюсов, и нулевое  – в зазоре, находящемся посредине между соседними разноимёнными полюсами. Из-за синусоидального распределения магнитной индукции в воздушном зазоре и ЭДС, возбуждённая в каждой фазе обмотке статора будет синусоидальной. Оси фаз обмотки статора расположены в пространстве под углами 1200 относительно друг друга, поэтому и ЭДС, индуктированные в фазах буду сдвинуты по фазе относительно друг друга на электрический угол, равный 1200.

Обмотка статора, в которой индуктируется ЭДС, т.е. в которой механическая энергия первичного двигателя, вращающего ротор, преобразуется в электрическую энергию, называется так же и обмоткой якоря.

Как было отмечено ранее, (см формулу 3.4) частота ЭДС, индуктированной в обмотке якоря, зависит от числа пар полюсов генератора и частоты вращения его ротора, т.е.

 

 

 

 

3. Режимы работы генератора.

Режим холостого хода. В этом режиме генератор возбуждён (в обмотке якоря индуктирована ЭДС), но потребители электроэнергии к генератору не подключены (ток в обмотке якоря не протекает). В режиме холостого хода магнитный поток в генераторе Ф0 создаётся только обмоткой возбуждения.

Режим работы под нагрузкой. В этом режиме к возбуждённому генератору подключены потребители и по его якорной обмотке протекает ток нагрузки (ток якоря). Переменный ток якоря возбуждает в генераторе переменное магнитное поле. Это поле вращается относительно статора в ту же сторону и стой же скоростью, что и поле ротора. Поля якоря и ротора образуют в генераторе результирующее вращающееся магнитное поле, которое будет отличаться от магнитного поля генератора в режиме холостого хода как по значению магнитного потока, так и по форме распределения в воздушном зазоре.

Действие, оказываемое полем якоря на основное поле ротора, называется реакцией якоря.

Реакция якоря синхронного генератора зависит не только от значения тока нагрузки, но и от характера нагрузки (активная, индуктивная, ёмкостная и т.д.).

При активной нагрузке ось магнитного поля якоря перпендикулярна оси поля ротора. Такое поле называется поперечным. Поперечное поле якоря изменят форму распределения магнитной индукции в зазоре между статором и ротором, делая её несинусоидальной.

При ненасыщенном состоянии магнитной системы генератора поток результирующего магнитного поля остаётся таким же, каким он был в режиме холостого хода (Ф0).

При полунасыщенном и насыщенном состоянии магнитной системы поперечное поле якоря уменьшает поток Ф0 и изменяет форму распределения в зазоре магнитной индукции.

Действие, оказываемое поперечным полем якоря на поле ротора, называется поперечной реакцией якоря.

Итак, при активной нагрузке в синхронном генераторе имеет место поперечная реакция якоря, которая при ненасыщенном состоянии магнитной системы генератора только искажает поле ротора, а при полунасыщенном и насыщенном состояниях магнитной системы искажает и уменьшает его.

При индуктивной нагрузке оси полей якоря и ротора совпадают, но магнитные потоки поля якоря Фаи поля ротора Ф0 направлены в противоположные стороны. Такое поле называется продольным размагничивающим полем якоря, а его действие на поле ротора – продольной размагничивающей реакцией якоря.

Поток результирующего поля будет меньше потока Ф0, следовательно становится меньше и ЭДС обмотки якоря.

Итак, при индуктивной нагрузке имеет место продольная размагничивающая реакция якоря, которая уменьшает поле ротора, но не искажает его.

При ёмкостной нагрузке оси полей якоря и ротора то же совпадают, но потоки этих полей направлены в одну сторону. Такое поле называется продольным подмагничивающим полем якоря, а его действие на поле ротора – продольной подмагничивающей реакцией якоря.

Магнитный поток результирующего поля становится больше потока Ф0, следовательно становится больше и ЭДС обмотки якоря.

Итак, при ёмкостной нагрузке .имеет место продольная подмагничивающая реакция якоря, которая усиливает поле ротора, но не искажает его.

В большинстве электроэнергетических систем синхронные генераторы работают при активно-индуктивной нагрузке. В этом случае имеет место продольно- поперечная реакция якоря. В результате действия этой реакции происходит уменьшение магнитного потока генератора и его искажение

4. Внешняя характеристика генератора.

Внешней характеристикой называют зависимость действующего напряжения генератора от действующего значения его тока нагрузки при постоянных значениях скорости, тока возбуждения и коэффициента мощности генератора.

Для нормальной работы потребителей электрической энергии нужно, что бы при изменении тока нагрузки и коэффициента мощности напряжение генератора оставалось стабильным. С этой целью на генераторах устанавливают автоматические регуляторы напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 30.

Тема 8.1. Электронные приборы.

1. .

К электронным приборам относятся электронные лампы. В связи с развитием полупроводниковой техники масштабы применения электронных ламп ограничены. Однако при больших частотах и мощностях электронные лампы ещё находят своё применение.

Принцип действия электронных ламп основан на явлении электронной эмиссии.

Электронная эмиссия процесс выхода электронов из твёрдых или жидких тел в вакуум или газ.

1. Виды электронной эмиссии.

1. Термоэлектронная: возникает в результате нагревания металла.

2. Фотоэлектронная: возникает в результате облучения поверхности металла лучистой энергией.
3. Вторичная: возникает при облучении (бомбардировке) поверхности металла потоком электронов.
4. Электростатическая (автоэлектронная) возникает под действием сильного ускоряющего электрического поля.

2. . Двухэлектродные лампы.

 

Диод – двухэлектродная лампа.

Электроды лампы: А – анод; К – катод. Баллон лампы стеклянный или металлический. В нём создают глубокий вакуум (10-5 – 10-7 мм.рт.ст). Катод нагревают до рабочей температуры, при которой он испускает со своей поверхности электроны.

Принцип работы: если на анод подать более высокий потенциал (+), чем на катод  (-), то электроны, от катода устремятся к аноду и во внешней цепи возникнет анодный ток Iа.При обратной полярности напряжения между катодом и анодом электрическое поле в баллоне будет препятствовать движению электронов, и они будут оставаться у поверхности анода. Анодный ток во внешней цепи протекать не будет.

Таким образом диод обладает свойством односторонней проводимости тока. Это свойство определяет основное назначение диода – выпрямление переменного тока.

Двухэлектродные лампы, применяемые для выпрямления переменного тока, называют кенотронами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Трёхэлектродные лампы.

 

Трёхэлектродная лампа, у которой между катодом и анодом расположен третий электрод – сетка называется триодом.