6.12. Вопросы для самопроверки и контроля знаний

1. Поясните принцип действия асинхронного двигателя (АД).

2. Что означает скольжение АД, запишите формулу для скольжения.

3. Запишите уравнения равновесия ЭДС и изобразите схему замещения АД для холостого хода при неподвижном роторе.

4. Запишите уравнения равновесия ЭДС статора и вращающегося ротора АД.

5. Изобразите и поясните эквивалентную схему замещения ротора АД.

6. Поясните, каким образом осуществляется приведение обмотки неподвижного ротора к обмотке статора.

7. Изобразите и поясните схему замещения приведенного АД.

8. Запишите уравнения равновесия ЭДС и токов приведенного АД.

9. Изобразите и поясните векторную диаграмму приведенного АД.

10. Изобразите и поясните энергетическую диаграмму АД.

11. Запишите аналитическое выражение вращающегося электромагнитного момента АД и дайте его анализ.

12. Изобразите механическую характеристику АД и пояснить наиболее характерные ее точки

13. Поясните, как зависит вращающий момент АД от активного сопротивления ротора ?

14. Пояснитe, по какой причине возникает большой ток при пуске АД ?

15. Перечислитe способы пуска АД.

16. Обьяснитe конструкцию АД с двухслойным ротором.

17. Сравнитe механические характеристики АД с к.з. и двухслойным роторами.

18. Какие проблемы возникают в работе АД при обрыве фазы обмотки статора ?

19. Какие проблемы возникают в работе АД при «вывернутой» фазе ?

20. Перечислить достоинства и недостатки регулирования скорости вращения АД изменением подводимого напряжения.

21. Перечислитe достоинства и недостатки регулирования скорости вращения АД изменением активного сопротивления цепи ротора ?

Глава 7. Синхронные машины

7.1. Принцип действия, устройство

и классификация синхронных машин

7.1.1. Общие сведения о синхронных машинах

Синхронной машиной (СМ) называется такая электрическая машина переменного тока, скорость вращения ротора n которой во всех режимах работы находится в строго постоянном отношении к частоте сети f и определяется выражением

, (7.1)

где р — число пар полюсов магнитной системы ротора.

Другими словами, скорости вращения ротора и магнитного поля, создаваемого обмоткой статора СМ, равны и в отличие от асинхронных машин, скорость вращения ротора n синхронных машин не зависит от нагрузки.

Синхронная машина, так же как машина постоянного тока и асинхронная, обратима, то есть может работать как генератором, так и двигателем. Наибольшее распространение она получила в качестве трехфазного синхронного генератора (СГ) переменного тока. Этот тип генераторов является основным источником электрической энергии промышленных и судовых электростанций переменного тока. Чаще всего трехфазная обмотка размещается на неподвижном статоре, а обмотка возбуждения - на вращающемся роторе. Синхронные машины малой мощности (2…5 кВт) иногда изготовляются в обращенном исполнении с обмоткой возбуждения на статоре и трехфазной обмоткой на роторе. Основное исполнение предпочтительнее, так как мощность возбуждения, подводимая к обмотке возбуждения через скользящие контакты, составляет 0,3…2% преобразуемой мощности, тогда как в обращенном исполнении через эти контакты нужно снимать практически полную мощность машины. В синхронных микромашинах и машинах специального исполнения для возбуждения часто используются постоянные магниты.

Преимущественное применение синхронные машины имеют в качестве генераторов с турбо- или гидроприводом. В судовых электроэнергетических системах в качестве основных и аварийных источников электроэнергии применяются дизель-генераторы.

В крупных промышленных установках (поршневые компрессоры, воздуходувки и др.) применяются синхронные двигатели. Их преимущество перед асинхронными двигателями заключается главным образом в том, что они не потребляют, а генерируют в сеть реактивную мощность, повышая, таким образом, общий коэффициент мощности системы.

Все синхронные машины, выпускаемые в нашей стране, рассчитаны на частоту f = 50 Гц с учетом частоты вращения ротора n в зависимости от числа пар полюсов обмотки статора

(7.2)

Таким образом, значения р и п строго стандартизированы:

р, 1 2 3 4 8 16 32 64

п, об/мин 3000 1500 1000 750 375 187,5 93,7 46,9

Турбогенераторы выполняются только на 3000, реже на 1500 об/мин. Частота вращения гидрогенераторов составляет от 600 до 46,9 об/мин в зависимости от мощности турбины и напора воды. Дизель-генераторы рассчитываются, как правило, на 375…1500 об/мин.

Синхронные двигатели выпускаются с мощностями от 100 кВт до десятков тысяч киловатт с частотами вращения от 3000 до 93,7 об/мин.

Освоен также выпуск синхронных микродвигателей различных типов в широком диапазоне частот вращения (от нескольких оборотов до 3000 об/мин) и мощностей (от долей ватт до нескольких сотен ватт).

Для компенсации реактивной мощности в электроэнергетических системах выпускаются синхронные компенсаторы на мощности от 15 до 160 МВ·А при частотах вращения 750…1000 об/мин.

Номинальное напряжение обмотки статора синхронных машин также стандартизовано и составляет: для генераторов — 230 и 400 В; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75 кВ; для двигателей — 220 и 380 В; 3; 6 и 10 кВ. Номинальное напряжение обмотки возбуждения составляет от 24 до 400 В. Синхронные генераторы автономных источников имеют, как правило, номинальное напряжение 230 и 400В. Специальные генераторы выполняются на частоту 400 или 500 Гц.

Прообразом современных СМ является генератор, созданный в 1878 году нашим соотечественником П.Н. Яблочковым для питания знаменитых «свечей Яблочкова».

В настоящее время Украина занимает ведущие позиции среди других стран в вопросах теории и проектирования СМ, а в электромашиностроительной промышленности нашей страны реализованы самые современные технологические процессы их производства.