Элмехшпор
.pdfпо уровню мощности – малой мощности, с номинальной мощностью 5 кВ·А и ниже у трехфазных и 4 кВ·А и ниже у однофазных; силовые однофазные и трехфазные трансформаторы большей мощности;
по назначению – силовые трансформаторы систем энергоснабжения, предназначенные для преобразования электрической энергии с целью ее передачи
ираспределения с наилучшими технико-экономическими показателями; трансформаторы питания – трансформаторы малой мощности, предназначенные для преобразования напряжения электрических сетей в напряжение, необходимое для питания электронной аппаратуры, маломощного электрического оборудования
ибытовых устройств, статических преобразователей энергии и т.д.; измерительные трансформаторы, расширяющие пределы измерения амперметров, вольтметров и ваттметров переменного тока; импульсные трансформаторы, предназначенные для формирования, передачи и преобразования импульсных сигналов;
по числу фаз – одно- и трехфазные; трансформаторы с числом фаз более трех встречаются только в некоторых специальных схемах;
по числу обмоток в фазе – двух- и многообмоточные.
Основной характеристикой трансформатора является напряжение электротока, которое трансформатор передаёт потребителям. Трансформаторы преобразуют энергию с одного напряжения на другое, которое затем распределяется или передаётся потребителям.
Важными характеристиками трансформаторов являются мощность трансформатора и напряжение обмоток. От одной обмотки к другим электромагнитным путём происходит передача мощности. При прохождении электрического тока по обмоткам, создания магнитного поля между обмотками возникает взаимоиндукция. А часть мощности, которая поступает из электросети к трансформатору, тратится на преодоление сопротивления провода и сердечника. В питаемую трансформатором сеть она не поступает и составляет потери, которые зависят от конструкции трансформатора.
Важнейшая характеристика трансформатора - потери мощности - говорит об экономичности работы трансформатора.
Величина всех потерь составляется из потерь короткого замыкания и холостого хода. Потери на холостом ходе - важная характеристика трансформатора. Они
составляются из мощности, расходующейся на создание магнитного потока на холостом ходу: индуктирование напряжения на ненагруженных обмотках (разомкнутых) и намагничивание сердечника. Чем более твёрдая сталь, тем больше энергии потребуется для её перемагничивания. Потери на намагничивание уменьшаются при использовании «мягкой» стали, уменьшении содержания в ней углерода и добавлении присадок к стали.
Потери короткого замыкания - это ещё одна важная характеристика трансформатора и составляющая потерь мощности. Они пропорциональны нагрузке трансформатора.
Напряжение на вторичных обмотках меняется при изменении нагрузки. Это происходит из-за падения напряжения в трансформаторе. Значение падения напряжения является напряжением короткого замыкания. Это ещё одна важная характеристика трансформатора. Это напряжение при замкнутом выводе вторичной обмотки и номинальном токе во вторичной обмотке. Его указывают в процентах от значения номинального напряжения. Оно показывает относительное превышение напряжения на холостом ходу во вторичной обмотке над напряжением нагруженной обмотки. Эта величина зависит от сопротивления постоянному току при номинальной нагрузке в первичной и вторичной обмотке.
19. Электромеханические преобразователи энергии. Типы.
Эл/мех преобразователи — это класс устройств, созданных для преобразования эл. энергии в механическую и наоборот. Основными видом эл/мех преобразователя является электродвигатель (электрогенератор).
Синхронная машина — это такая электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора равна частоте изменения (вращения) электромагнитного поля статора.
Асинхронной машиной, в противовес синхронной, называют такую электрическую машину, в которой частота вращения ротора меньше частоты изменения (вращения) электромагнитного поля статора. Эта разница называется скольжением.
Машина постоянного тока — электрическая машина, преобразующая энергию в два этапа: электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока при помощи преобразователя частоты (механического выпрямителя — коллектора); электрическую энергию переменного тока в механическую энергию на валу двигателя.
Умформер (моторгенератор) — устройство, объединяющее, как правило, оба вида машин переменного тока (синхронную и асинхронную), либо переменного и постоянного тока. Преобразует один вид электрической энергии в электрическую энергию другого рода. Является электромеханическим преобразователем электрического тока.
Вентильный двигатель — эл. машина пост. тока, в которой механический коллектор заменён полупроводниковым коммутатором (ПК), возбуждение осущ-ся от пост. магнитов, размещ-х на роторе; а статорная обмотка, как в синхронной машине. ПК поочерёдно, попарно подключает фазы электродв-ля к источнику пост. тока, создавая вращ-ся поле статора.
снезависимым возбуждением, параллельным и последовательным.
20.Классификация электрических машин
Если эл. энергия преобразуется в механическую работу и тепло, тогда машина является эл. вигателем; когда мех. работа преобразуется в эл. энергию и тепло, тогда машина является электрическим генератором; когда эл. энергия одного вида преобразуется в эл. энергию другого вида, тогда машина является эл/мех преобразователем и когда мех. и эл. энергии преобразуются в тепло, тогда электрическая машина является электромагнитным тормозом. Для большинства машин выполняется принцип обратимости.
Электрические машины:
1. Коллекторные (постоянного тока и универсальные)
2. Бесколлекторные (синхронные и асинхронные)
По принципу действия выделяют нижеследующие виды машин:
1.Асинхронная машина
2.Синхронная машина
3.Машина постоянного тока
4.Инвертор – выполняет преобразование рода тока (постоянный в переменный или наоборот), частоты тока, числа фаз, напряжений.
5.Вентильный двигатель — машина постоянного тока, в которой механический коллектор заменён полупроводн. коммутатором (ПК), возбуждение осуществляется от постоянных магнитов, размещенных на роторе; а статорная обмотка, как в синхронной машине. ПК по сигналам логического подключает фазы электродвигателя к источнику постоянного тока, создавая вращающееся поле статора, которое, взаимодействуя с полем постоянного магнита ротора, создаёт вращающий момент.
сельсин - электрическая машина для дистанционной передачи информации об угле поворота.
21. Осн. уравнения и структурная схема ДПТ независимого возб-ния
1.Уравнения для обмотки возбуждения:
2.Для якорной обмотки: U я iя rя L
3.Момент вращения М ikФ
св
U |
|
|
i r |
L |
di |
|
в |
|
|||||
|
в |
в |
|
dt |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
магнитный поток Фв=Фв(iв) |
|
di |
lg; |
|
lg kФ |
|||
|
|
|||||
dt |
|
|
|
в |
||
|
|
|
|
|||
4. Момент нагрузки
М М |
|
|
d |
|
с |
dt |
|||
|
|
|||
|
|
|
U |
|
iв |
Фв(iв) |
Фв |
в |
|
|
||
|
|
|
|
Mс |
|
|
|
|
U |
i |
k |
х M |
– |
Ω |
|
|
||||
|
– |
|
|
|
|
|
lg |
|
|
|
|
|
|
k |
х |
|
|
22. Статические и динамические характеристики ДПТ незав. возб.
Механические х-ки: 1 – естественная; 2 – искусственные при изменении напряжения на якоре; 3 – искусств. х-ки при изменении сопр-ния R якорных цепей.
Ещё есть регулирование потоком возбуждения.
Регулировочная характеристика – линейная зависимость Ω от U
Динамические: |
|
|
Ω |
ΔΩ |
i |
t |
t |
t |
23. ДПТ последовательного и параллельного возбуждения
Последовательного возбуждения:
Регулирование скорости вращения этого двигателя осуществляют путем введения в цепь якоря дополнительного сопротивления. Чем оно больше по величине, тем круче проходят механические характеристики. Регулируют скорость также путем шунтирования якоря.
Параллельного возбуждения:
На рисунке: характеристики холостого хода (скорость вращения и магнитный поток), механическая х-ка (n -скорость) и регулировочная х-ка.
27. Принцип подчиненного регулирования координат
Этот принцип состоит в следующем. Объект регулирования представляется в виде последовательно соединенных звеньев Wоб1(p), Wоб2 (p), Wоб3(p) и т.д. с промежуточными координатами x1, x2, x3, ... и регулируемой (выходной) координатой X. В качестве указанных координат используются существенные координаты, такие, например, как ток, напряжение, ЭДС, магнитный поток, момент, скорость, положение.
Для управления каждой координатой организуется отдельный контур со своей обратной связью и своим регулятором. На рис. датчики координат представлены звеньями с коэффициентами передачи Kx1, Kx2 и Kx, а передаточные функции регуляторов обозначены через WR1, WR2, WR3.
Замкнутые контуры регулирования образуют систему, в которой имеется внутренний контур управления, состоящий из регулятора
WR1 первого звена
объекта Wоб1 и цепи обратной связи по
координате X1, первый внешний контур, включающий в себя внутренний контур , второе звено объекта Wоб2, регулятор WR2 и цепь обратной связи по координате X2и второй внешний контур, включающий в себя первый внешний контур, третье звено объекта управления Wоб3 , регулятор
WR3 и обратную связь по координате X3, для рассматриваемого случая являющейся регулируемой, т.е. X3=X. Выходной сигнал регулятора каждого внешнего контура является задающим для последующего, заключенного внутри него контура. Таким образом, каждый внутренний контур регулирования подчинен соответствующему внешнему. К преимуществам системы подчиненного регулирования можно отнести
-простоту наладки и настройки (Каждый контур включает в себя регулятор, за счет придания которому определенных динамических свойств получаются стандартные характеристики. Настройку в процессе наладки ведут начиная с внутреннего контура. Поскольку регулятор имеет простую передаточную функцию, а качество настройки может быть легко оценено по результатам сравнения реакции контура на скачок управляющего воздействия со стандартной переходной характеристикой, наладка системы оказывается очень простой.)
-удобство ограничения предельных значений промежуточных координат системы ( поскольку выходной сигнал регулятора внешнего контура является заданным значением для внутреннего контура достигается за счет ограничений определенным значением выходного сигнала регулятора внешнего контура)
Недостаток - некоторый проигрыш по быстродействию, связанный с последовательным воздействием на объект через внутренние контура, а не сразу через входное звено объекта. В большинстве случаев конкретного применения в ЭМС, указанный недостаток несуществен, а перечисленные выше преимущества имеют решающее значение .
28. Настройка регуляторов в системе электропривода (начало можно из 27).
Замкнутые контуры регулирования образуют систему, в которой имеется внутренний контур управления, состоящий из регулятора WR1 первого звена объекта Wоб1 и цепи обратной связи по координате X1, первый внешний контур, включающий в себя внутренний контур ,
второе звено объекта Wоб2, регулятор WR2 и цепь обратной связи по координате X2и второй внешний контур, включающий в себя первый внешний контур, третье звено объекта управления Wоб3 , регулятор WR3 и обратную связь по координате X3, для рассматриваемого случая являющейся регулируемой, т.е. X3=X.
Выходной сигнал регулятора каждого внешнего контура является задающим для последующего, заключенного внутри него контура. Таким образом, каждый внутренний контур регулирования подчинен соответствующему внешнему. Практическое преимущество разделения системы на контура с основными и вспомогательными регуляторами состоит в том, что настройку их параметров можно осуществлять независимо и последовательно. Она осуществляется следующим образом:
1.Настройка первого внутреннего контура осуществляется на оптимум по модулю .
2. При переходе к внешнему контуру передаточную функцию замкнутого внутреннего контура упрощают, аппроксимируя его апериодическим звеном первого порядка
Новую некомпенсированную постоянную выбирают с учетом быстродействия внутреннего контура и датчиков обратной связи. Если постоянные времени последних действительно малы, то их практически можно не выделять из других постоянных времени.
Если во внешнем контуре есть свои малые постоянные, то эквивалентная постоянная времени замкнутого внутреннего контура 2Тm1 входит в состав суммарной малой постоянной времени Тm2.
Если во внешнем контуре нет своих малых постоянных времени, то для него некомпенсируемая постоянная времени Тm2выбирается равной 2Тm1.
3. Заменяя первый внешний контур эквивалентным апериодическим звеном, аналогичным образом осуществляем оптимизацию второго внешнего контура и т.д.
Легко установить, что быстродействие каждого внешнего контура не менее чем в 2 раза ниже быстродействия подчиненного ему внутреннего контура.
30. Механическая характеристика асинхронного двигателя.
Механической характеристикой называется зависимость скорости асинхронного двигателя от момента на его валу.
Выражение механической характеристики можно получить из выражения потерь для асинхронного двигателя.
Δp2 = Pэм – P2 = M*ω0 – Mω = M*(ω0 – ω) = M*ω0*s
Pэм – электромагнитная мощность – мощность, передаваемая через воздушный зазор из статора двигателя в ротор. Она может быть электрической и механической.
P2 – полезная мощность, может быть только механическая, и равна произведению момента на валу двигателя на его скорость.
ω0 – ω0*(1 – s) = ω0 – ω0 + ω0*s p2 = 3*(I2’)2*r2’
3*(I2’)2*r2’ = M*ω0*s
M = [3•(I2’)2•r2’] / [ω0•s] (1) – упрощенная формула механической характеристики асинхронного двигателя. Подставим в нее значения тока I2’, определенного по схеме замещения.
M = [3*Uф2*(r2’/s)] / [ω0*[(r1 + r2’/s)2 + xк2]] (2) – выражение полной формулы механической характеристики. Если в нее подставить s от 0 до ±∞, то получиться
механическая характеристика асинхронного двигателя.
Как видно из механической характеристики, она имеет два экстремума: первый в области положительных скольжений, второй в области отрицательных скольжений. dM/ds = 0, можно определить максимальное значение момента, которое называют
критическим моментом.
Mmax = Mкр = [3*Uф2] / [2*ω0*(r1 ± √(r12 + xк2))] (3) sкр = ±(r2’/xк) (4)
Как видно из формулы (3), момент критический будет иметь разные значения, в области скольжений больше нуля будет знак «+», в области скольжений меньше нуля будет знак «–».
Величина критического скольжения одинаковая и в двигательном и в генераторном режимах, только имеет разные знаки.
Если выражение (1) разделить на выражение (2), можно получить, так называемую, формулу Клосса:
M = [2*Mк*(1 + a*sкр)] / [s/sкр + sкр/s + 2*a*sкр] (5) a – это коэффициент.
a = r1/r2’
Обычно у асинхронных двигателей активное сопротивление статора r1 на порядок меньше активного сопротивления ротора r2’, поэтому с достаточной степенью точности можно записать, что r1=0, и тогда a=0.
M = [2*Mк] / [s/sкр + sкр/s] (6)
Если (5) называется полной формулой Клосса, то (6) называется упрощенной формулой Клосса.
Mкр = [3*Uф2] / [2*ω0*xкр] – упрощенная формула критического момента. В двигательном режиме скольжение изменяется от 1 до 0.
Рассмотрим анализ формулы Клосса для двигательного режима работы. Как видно из характеристики, ее можно разбить на два участка: s > sкр и s < sкр.
Рассмотрим участок s > sкр, тогда отношением sкр/s можно пренебречь:
M = 2*Mк* sкр / s = A/s
Как видно из получившейся формулы, связь между моментом и скольжением носит гиперболический характер. Это нелинейная не рабочая часть механической характеристики.
Рассмотрим участок s < sкр, тогда отношением s/sкр можно пренебречь:
M = 2*Mк* s / sкр = B*s
На участке s < sкр связь между моментом и скольжением линейная.
Из анализа формулы Клосса видно, что механическая характеристика имеет два участка: линейный рабочий и нелинейный нерабочий.
Для того чтобы определить характеристику двигателя в генераторном режиме, которая имеет также два участка: линейный и нелинейный, достаточно знать значение критического момента в генераторном режиме. Нелинейная область в генераторном режиме не может быть использована из-за больших значений токов и моментов.
λ = Mкр.д./Mн
Критический момент можно определить для двигательного режима по паспортным данным, в них задается отношение Mкр.д./Mн.
Mкр.г. = Mкр.д *[r1 + √(r12 + xк2)] / [r1 – √(r12 + xк2)]
31. Регулирование скорости асинхронного двигателя
Рассмотрим возможные способы регулирования скорости асинхронных двигателей (см. рис.1). Скорость двигателя определяется двумя параметрами: скоростью вращения электромагнитного поля статора ω0 и скольжением s:
Рис.1. Классификация способов регулирования асинхронных двигателей
Исходя из (1) принципиально возможны два способа регулирования скорости: регулирование скорости вращения поля статора и регулирование скольжения при постоянной величине ω0: скорость вращения поля статора определяется двумя параметрами: частотой напряжения, подводимого к обмоткам статора f1, и числом пар полюсов двигателя рп.
В соответствии с этим возможны два способа регулирования скорости: изменение частоты питающего напряжения посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь статора двигателя (частотное регулирование), и путем изменения числа пар полюсов двигателя. Регулирование скольжения двигателя при постоянной скорости вращения поля статора для короткозамкнутых асинхронных двигателей возможно путем изменения величины напряжения статора при постоянной частоте этого напряжения.
Для асинхронных двигателей с фазным ротором, кроме того, возможны еще два способа: введение в цепь ротора добавочных сопротивлений (реостатное регулирование) и введение в цепь ротора добавочной регулируемой э.д.с. посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь ротора (асинхронный вентильный каскад и двигатель двойного питания).
В настоящее время благодаря развитию силовой преобразовательной техники созданы и серийно выпускаются различные виды полупроводниковых преобразователей частоты, что определило опережающее развитие и широкое применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода.
Основными достоинствами этой системы регулируемого электропривода являются:
-плавность регулирования и высокая жесткость механических характеристик, что позволяет регулировать скорость в широком диапазоне;
-экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает с малыми величинами абсолютного скольжения, и потери в двигателе не превышают номинальных; Недостатками частотного регулирования являются сложность и высокая стоимость
(особенно для приводов большой мощности) преобразователей частоты и сложность реализации в большинстве схем режима рекуперативного торможения.
Изменение скорости переключением числа пар полюсов асинхронного двигателя позволяет получать несколько (от 2 до 4) значений рабочих скоростей, т.е. плавное регулирование скорости и формирование переходных процессов при этом способе невозможно.
Поэтому данный способ имеет определенные области применения, но не может рассматриваться, как основа для построения систем регулируемого электропривода.
32. Однофазный асинхронный двигатель
Однофазный двигатель — электродвигатель, конструктивно предназначенный для подключения к однофазной сети переменного тока. Фактически является двухфазным, но вследствие того, что рабочей является только одна обмотка, двигатель называют однофазным.
Строго говоря, именно однофазным называется такой асинхронный двигатель,
который имеет на статоре одну рабочую обмотку, которая подключается к сети однофазного тока. Запуск осуществляется дополнительной (меньшей) пусковой обмоткой, которая подключается через ёмкость/индуктивность к основной сети на время пуска или замыкается накоротко (в двигателях малой мощности).
Однофазные асинхронные двигатели широко применяют при небольших мощностях (до 1—2 квт). Такой двигатель отличается от обычного трехфазного двигателя тем,
что |
на статоре |
его помещается |
однофазная |
обмотка. |
Поэтому |
любой |
трехфазный |
асинхронный двигатель может быть использован в качестве |
|||
однофазного. Ротор однофазного асинхронного двигателя может иметь фазную или короткозамкнутую обмотку.
Особенностью однофазных асинхронным двигателей является отсутствие начального или пускового момента, т. е. при включении такого двигателя в сеть ротор его будет оставаться неподвижным.
Если же под действием какой-либо внешней силы вывести ротор из состояния
покоя, то двигатель будет развивать вращающий момент. |
|
|||
Отсутствие |
начального |
момента |
является |
|
существенным |
недостатком |
однофазных |
асинхронных двигателей. |
Поэтому |
они всегда снабжаются пусковым устройством.
Наиболее простым пусковым устройством являются две обмотки, помещенные на статоре, сдвинутые друг относительно друга на половину полюсного деления (90° электрических). Эти обмотки катушек питаются от симметричной двухфазной сети, т. е. напряжения, приложенные к обмоткам катушек, равны между собой или сдвинуты на четверть периода по фазе. В этом случае токи, протекающие по катушкам, окажутся также сдвинутыми по фазе на четверть периода, что в дополнение к пространственному сдвигу катушек дает возможность получить вращающееся магнитное поле. При наличии вращающегося магнитного поля двигатель развивает пусковой момент.
Простейшую двухфазную обмотку можно представить в виде двух катушек, оси которых смещены в пространстве на 90° (электрических). Если по этим катушкам, имеющим одинаковое число витков, пропустить равные по величине и сдвинутые по фазе на четверть периода синусоидальные токи, т.е.
( )
то магнитные поля этих катушек будут также синусоидальны и сдвинуты по фазе на четверть периода, т. е.