Электрические машины конспект лекций
..pdf
Особо надо отметить, что при малых нагрузках cos двигателя |
||
сильно снижается, и поэтому надо избегать работы двигателя |
||
с недогрузкой. |
|
|
|
ВОПРОСЫ |
|
11.2.2.1. Как изменится cos двигателя, работающего с ма- |
||
лой нагрузкой, если уменьшить напряжение U1? |
||
а) не изменится; |
|
|
б) повысится; |
|
|
в) понизится. |
|
|
11.3. Однофазный асинхронный двигатель |
||
Однофазные |
асинхронные |
|
двигатели применяются значи- |
|
|
тельно реже, чем |
трехфазные, |
|
обычно — в бытовых приборах |
|
|
и устройствах. В |
техническом |
|
и экономическом |
отношениях |
|
они значительно уступают трех- |
|
|
фазным двигателям. Их единст- |
|
|
венное преимущество заключа- |
|
|
ется в возможности питания от |
|
|
однофазной сети. Статорная об- |
|
|
мотка 1 (рис. 11.8) однофазного |
Рис. 11.8. Схема однофазного асин- |
|
|
|
|
асинхронного двигателя, буду- |
хронного двигателя |
|
чи однофазной, создает не вра- |
|
|
щающееся магнитное поле, а пульсирующее, ось которого не- |
||
подвижна. |
|
|
Это пульсирующее поле пронизывает ротор, являющийся |
||
обычным короткозамкнутым ротором с беличьей клеткой, но при |
||
неподвижном роторе вращающего момента не создает. Однако, |
||
если сообщить ротору некоторую скорость в том или ином на- |
||
правлении, то вращающий момент возникает, и ротор начинает |
||
вращаться самостоятельно. Это можно объяснить следующим об- |
||
разом. Пульсирующий магнитный поток изменяется по закону |
||
m sin t,
131
причем ось его неподвижна. Этот пульсирующий поток можно рассматривать в любой момент времени как сумму двух магнитных потоков ФI è ÔII, вращающихся с одинаковой скоростью n0, но в разные стороны (рис. 11.9). Потоки эти равны по величине:
I II m . 2
Одно из вращающихся магнитных полей, которое вращается согласно с ротором, называется прямым, другое, вращающееся навстречу ротору,— обратным.
Рис. 11.9. Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся
Прямое поле создает на роторе момент MI (рис. 11.10), обратное — момент MII. Результирующий момент M, развиваемый ротором, будет равен сумме этих моментов. При неподвижном роторе (s 1,0) прямой и обратный моменты равны, но действуют в разные стороны, поэтому результирующий момент равен нулю. Для пуска однофазного двигателя в ход обычно на статоре двигателя располагается специальная пусковая обмотка 2 (см. рис. 11.8), питающаяся от той же сети, что и рабочая обмотка.
В цепь пусковой обмотки включается конденсатор, вследствие чего ток в ней оказывается сильно сдвинутым по фазе относительно тока обмотки 1.
132
Рис. 11.10. Зависимость вращающего |
Рис. 11.11. Характеристики |
момента однофазного асинхронного |
однофазного асинхронного |
двигателя от скольжения |
двигателя |
Обе эти обмотки, обтекаемые токами, сдвинутыми по фазе, создают и в неподвижном двигателе вращающееся магнитное поле. Вращающееся поле обеспечивает нужный пусковой момент.
После пуска у обычных однофазных двигателей пусковая обмотка отключается. У так называемых конденсаторных двигателей пусковая обмотка и конденсатор рассчитаны на длительную работу и после пуска не отключаются. Такие двигатели дороже, но обладают лучшими технико-экономическими показателями.
ВОПРОСЫ
11.3.1. Укажите правильное соотношение сопротивлений обмотки ротора однофазного асинхронного двигателя, характеристики которого показаны на рис. 11.11.
à) r2a r2b r2c ; á) r2a r2b r2c ; â) r2a r2b r2c .
Ответы на вопросы для самопроверки к разделу II
Ответы по пункту «à»
6.1.2. Ответ неверен.
6.3.1.Ответ неверен.
6.3.2.Ответ правилен.
6.3.3.Ответ неверен.
6.4.1.Ответ правилен.
133
6.4.2. Ответ неверен.
6.5.1.Ответ неверен.
6.5.2.Ответ неверен. Укороченный шаг слишком мал.
7.1.1.Ответ неправилен.
7.1.2.Ответ верен.
7.2.1.Ответ неверен.
7.3.1.Ответ правилен.
7.4.1.Ответ неверен.
7.4.2.Ответ правилен.
7.4.3.Ответ неверен.
8.1.1.1.Ответ неверен.
8.1.2.1.Ответ неправилен.
8.1.2.2.Ответ верен.
8.1.3.1.Ответ неверен.
8.2.1.r2 0,244 Îì, x2 0,945 Îì.
8.3.1.Ответ правилен.
9.1.1.1.Ответ неверен.
9.1.1.2.Ответ неправилен.
9.2.2.1.Ответ правилен.
9.2.2.2.Ответ неверен.
9.2.3.1.Ответ неправилен.
9.2.3.2.Ответ верен.
9.2.4.2.Ответ неверен.
9.2.5.1.Ответ правилен.
9.2.6.1.Ответ неправилен.
9.2.7.1.Ответ неверен.
9.2.8.1.683 îá/ìèí.
10.2.1.Ответ неверен.
10.3.1.1.Ответ неверен.
10.3.2.1.Ответ неправилен.
10.4.2.1.Ответ неверен.
10.4.2.2.Ответ правилен.
10.5.1.Ответ неверен. Направление вращения двигателя по-
казано правильно, так как порядок чередования фаз статора изменен.
10.6.1. Ответ неправилен. 10.6.1.1. Ответ правилен. 10.6.2.1. Ответ неверен.
134
10.6.2.2.Ответ правилен.
10.6.2.3.Ответ неправилен.
10.6.3.1.Ответ правилен.
11.1.1.2.Ответ неверен.
11.1.3.2.Ответ правилен.
11.2.2.1.Ответ неправилен. 11.3.1. Ответ правилен.
Ответы по пункту «á»
6.1.2. Ответ правилен.
6.3.1.Ответ верен.
6.3.2.Ответ неверен.
6.3.3.Ответ правилен.
6.4.1.Ответ неверен.
6.4.2.Ответ верен.
6.5.1.Ответ правилен.
6.5.2.Ответ неверен. Неправильно определен полный шаг.
7.1.1.Ответ верен.
7.1.2.Ответ неверен.
7.2.1.Ответ правилен.
7.3.1.Ответ неверен.
7.4.1.Ответ правилен.
7.4.2.Ответ неправилен.
7.4.3.Ответ правилен.
8.1.1.1.Ответ верен.
8.1.2.1.Ответ неверен.
8.1.2.2.Ответ неверен.
8.1.3.1.Ответ правилен.
8.3.1.Ответ неверен.
9.1.1.1.Ответ верен.
9.1.1.2.Ответ неверен.
9.2.2.1.Ответ неправилен.
9.2.2.2.Ответ неверен.
9.2.3.1.Ответ неверен.
9.2.3.2.Ответ неправилен.
9.2.4.2.Ответ правилен.
9.2.5.1.Ответ неверен.
9.2.6.1.Ответ верен.
135
9.2.7.1. Ответ неверен. 10.2.1. Ответ правилен. 10.3.1.1. Ответ неверен. 10.3.2.1. Ответ неверен.
10.4.2.1.Ответ правилен.
10.4.2.2.Ответ неправилен.
10.5.1. Ответ неверен. Направление вращения двигателя указано правильно, так как порядок чередования фаз статора не изменен.
10.6.1. Ответ правилен.
10.6.1.1. Ответ неправилен. Схема á соответствует двигательному режиму.
10.6.2.1.Ответ верен.
10.6.2.2.Ответ неверен.
10.6.2.3.Ответ неверен.
10.6.3.1.Ответ неверен.
11.1.1.1.Ответ правилен.
11.1.3.2.Ответ неверен.
11.2.2.1.Ответ правилен. 11.3.1. Ответ неправилен.
Ответы по пункту «â»
6.3.1. Ответ неверен. 6.5.1. Ответ правилен. 7.2.1. Ответ неверен. 7.4.1. Ответ неправилен.
8.1.2.1.Ответ верен.
8.1.2.2.Ответ неверен. 8.3.1. Ответ неверен.
9.1.1.2.Ответ правилен.
9.2.2.1.Ответ неправилен.
9.2.2.2.Ответ верен.
9.2.3.1.Ответ правилен.
9.2.3.2.Ответ неверен.
9.7.2.4.2.Ответ неправилен.
9.2.5.1.Ответ неверен.
9.2.6.1.Ответ неверен.
9.2.7.1.Ответ правилен.
10.3.1.1.Ответ верен.
136
10.3.2.1. Ответ правилен. 10.4.2.1. Ответ неверен. 10.5.1. Ответ верен. 10.6.1. Ответ неправилен.
10.6.1.1. Ответ неверен. Схема â соответствует режиму противовключения.
10.6.2.1. Ответ неправилен. 10.6.2.3. Ответ правилен. 11.1.1.2. Ответ неверен. 11.1.3.2. Ответ неверен. 11.2.2.1. Ответ неправилен. 11.3.1. Ответ неверен.
Пояснения к вопросам для самопроверки
Вопрос 6.1.1. Отличительное свойство электротехнических сталей — высокая магнитная проницаемость.
Вопрос 6.2.1. Предположим, что в данный момент времени роторный проводник
расположен под северным полюсом магнитного поля, вра-
щающегося влево (рис. 11.12). Учитывая, что при этом проводник относительно поля будет перемещаться в обратном направлении (вправо), определим по правилу правой руки
направление индуктированных в проводнике ЭДС и тока, а затем по правилу левой руки — направление силы, действующей на проводник со стороны поля. Сила, а следовательно, и вращающий момент, будет действовать в сторону вращения поля.
Вопрос 6.2.2. Если бы ротор двигателя стал вращаться со скоростью магнитного поля, то в роторных проводниках не было бы ни ЭДС, ни тока, а следовательно, не было бы и вращающего момента на роторе.
Вопрос 6.3.1. При неподвижном роторе n 0 è s 1. Отрицательные скольжения означают вращение ротора в сторону вращения магнитного поля со скоростью, большей скорости поля.
137
Вопрос 6.4.1. При обрыве, например, фазы Ñ ôàçû À è B окажутся соединенными последовательно и будут обтекаться одним и тем же однофазным током. Магнитные потоки обеих фаз в любой момент времени будут равны между собой и сдвинуты на один и тот же угол. Результирующий поток будет меняться по величи- не (в зависимости от изменений тока), но ось его останется непод-
Рис. 11.13. Магнитный поток в дви- |
вижной (рис. 11.13). |
|
||||
гателе при обрыве одной фазы ста- |
Вопрос |
6.4.2. |
Ïðè |
|||
òîðà |
|
n0 1200 об/мин получается |
||||
|
|
|||||
p |
60 f1 |
|
60 50 |
2,5, |
|
|
|
|
|
|
|||
|
n0 |
1200 |
|
|
|
|
что невозможно, так как число пар полюсов может быть лишь целым числом.
Вопрос 7.1.1. При y коэффициент укорочения K y 1 è ïðè q 1 коэффициент распределения K p 1. Следовательно,
K 0 1.
Вопрос 7.1.2. Частота f1 и скорость магнитного поля n0 прямо пропорциональны друг другу и, таким образом, E1 зависит от n0.
Вопрос 7.2.1. Больший воздушный зазор требует большего намагничивающего тока.
Вопрос 7.3.1. Нагрузка на валу определяет скольжение, а следовательно, и ЭДС вращающегося ротора.
Вопрос 7.3.2. С увеличением момента сопротивления на валу двигателя ротор снижает свою скорость. Увеличивается скольжение, а следовательно, и скорость движения роторных проводников относительно магнитного поля. Это приводит к увеличению ЭДС ротора и соответственно тока ротора.
Вопрос 7.4.1. Скорость
n02 n0 n 60 f1 n 1500 1400 îá/ìèí. p
138
Вопрос 7.4.2. При n 0 n02 1500 0 1500 об/мин. Вопрос 7.4.3. С ростом нагрузки поток несколько уменьша-
ется вследствие увеличения размагничивающего действия роторного тока.
Вопрос 8.1.2.1. Поток статорного рассеяния пропорционален току статора и возрастает с увеличением нагрузки.
Вопрос 8.1.2.2. При неизменном U1 уменьшение вызовет увеличение магнитного потока Ф и соответственно увеличение намагничивающего тока I0.
Вопрос 8.1.3.1. С изменением нагрузки изменяется скольжение, а следовательно, и z2.
Вопрос 8.1.3.2. Уравнение (8.6) легко преобразуется в уравнение (8.5):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
E 2s |
z2s I 2 |
!r2 j sx2 "I 2 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
!r2 |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
||||
|
sE 2 |
j sx2 "I |
2 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
E |
2 |
|
|
|
|
jx |
2 |
I |
2 |
z |
2 |
I |
2 |
. |
|
|||
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Вопрос 8.3.1. tg 2 |
|
x2 |
|
|
|
sx2 |
, а следовательно, и скольже- |
|||||||||||
r2 |
s |
|
r2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ние с ростом нагрузки увеличиваются. Увеличивается и угол 2 . Вопрос 8.4.1.1. Активная мощность
P1 Pìåõ Pì 2 Pì1 Pñò
3 1 s r2 I 2 2 3r2 I 2 2 3r1 I 12 3rm I 02 .
s
Реактивная мощность
Q 3xm I 02 3x1 I 12 3x2 I 2 2 ,
cos 1 |
|
|
P1 |
|
. |
|
|
|
|
|
|||
P12 |
Q 2 |
|||||
|
|
|
|
Вопрос 9.1.1.1. |
|
|
|
|
s |
Pì 2 |
|
0,25 |
0,05. |
|
|
|||
|
Pýì |
5,3 0,3 |
||
139
Вопрос 9.1.1.2.
s1 |
|
Pì 2 ; s2 |
|
Pì 2 |
|
1,8Pì 2 |
1,2s1 . |
|
|
||||||
|
|
Pýì1 |
|
Pýì2 1,5Pýì1 |
|||
Вопрос 9.2.2.1. Из (9.2) видно, что с увеличением r1 ïðè s const момент уменьшается.
Вопрос 9.2.2.2. Увеличение частоты вызовет увеличение угловой скорости магнитного поля 0 и увеличение индуктивных сопротивлений x1 è x2 , вследствие чего момент уменьшится.
Вопрос 9.2.2.3. При работе двигателя в точке à (см. рис. 9.2) неустойчивой части характеристики случайное, даже весьма незначительное увеличение момента сопротивления повлечет за собою увеличение скольжения, что в свою очередь вызовет уменьшение вращающего момента двигателя.
Наоборот, при случайном уменьшении нагрузки и уменьшении скольжения момент двигателя увеличится, превысит момент нагрузки и двигатель будет увеличивать свою скорость, пока не достигнет точки a1 устойчивой ветви характеристики, в которой моменты нагрузки и двигателя вновь сравняются.
Вопрос 9.2.3.1. Как видно из формулы (9.4), знаменатель этого выражения в генераторном режиме будет меньше (знак «–»), и, следовательно, M êã M êä .
Вопрос 9.2.3.2. Из формулы (9.4) видно, что с увеличением x1 критический момент уменьшится.
Вопрос 9.2.4.1. Как видно из сравнения кривых 1 è 5 на рис. 9.2, при одном и том же моменте двигателя уменьшение напряжения вызовет увеличение скольжения.
Вопрос 9.2.4.2. При снижении напряжения на двигателе до 0,8U1 критический момент, пропорциональный U12 , а следовательно, и перегрузочная способность снизятся на 36 %.
Вопрос 9.2.5.1. Из кривых на рис. 9.3 видно следующее:
1) критическое скольжение sêA sêB sêC , а следовательно, r2A r2B r2C ;
2) M êA M êB M êC и, следовательно, U1A U1B U1C . Вопрос 9.2.6.1. Критический момент на характеристике B
меньше, а следовательно, U1A U1B .
140