Ответы на контрольные вопросы 4.

1. Составьте электрические схемы замещения ад с кз и фазным ротором.

Т-образная схема замещения

 Г-образные  схемы замещения  асинхронной  машины  (а,  б)

2. Принцип действия ад.

Асинхронная машина обычно используется в качестве двигателей.

Асинхронный двигатель имеет на статоре трехфазную обмотку, а на роторе в простейшем случае короткозамкнутую обмотку, т.е. витки обмотки замкнуты сами на себя. Если обмотку статора соединяют в схему звезда или треугольник и подключают к трехфазной сети появляется вращающиеся магнитное поле, которая индуктирует в обмотках статора ЭДС самоиндукции, в обмотках ротора ЭДС взаимоиндукции. ЭДС самоиндукции – ограничивает ток в статоре, а ЭДС взаимоиндукции вызывает появление тока в обмотках ротора.

Взаимодействие токов с магнитным полем создается электромагнитная сила, которая стремится повернуть ротор в направлении вращающегося магнитного поля. Ротор начинает вращаться в первый момент времени, когда скорость ротора еще равна 0, относительная скорости перемещения проводников ротора в магнитном поле имеет максимальное значение n_s=n₁. При этом наблюдается максимальное значение ЭДС и токов в обмотках. По мере разгона относительная скорость n_s уменьшается, также уменьшается ЭДС и токи. Ротор достигает установившегося тока когда вращающийся электромагнитным момент сравняется с моментом сопротивления на валу двигателя.

Скорость ротора n₂ всегда меньше скорости вращающегося магнитного поля n₁: n₂ <n₁

Ротор не может разогнаться до скорости n₁, т.к. при этом относительная скорость n_s стала бы равна 0. n_s = n₁ - n₂ = 0

Это исключено проявления электромагнитной индукции в обмотках не создается вращающийся момент, не индукцируется ЭДС.

Относительная скорость n_s называется также скоростью скольжения.

Скольжение – это отставание скорости ротора от скорости магнитного поля. Она выражается в относительных единицах или процентах.

Номинальное скольжение АД соответствующего его номинальной нагрузке обычно лежит в пределах 1…8%.

3. Дайте классификацию силовых преобразователей применяемых в электроприводах.

ЕК – естественная коммутация

ИК – искусственная коммутация

ШИМ – широтно-импульсная модуляция

ФР – выходное напряжение

ТИРМ – тиристорные источники реактивной мощности

УВЕК – управляемые выпрямители с естественной коммутацией

НУВ – неуправляемые выпрямители

УВИК – управляемые выпрямители с искусственной коммутацией

НПЧ – непосредственные преобразователи частоты

В-ВИ - выпрямительно-инверторные преобразователи частоты

УВ-ВИ – выпрямительно-инверторные с управляемым выпрямителем

НУВ-ВИ – выпрямительно-инверторные с неуправляемым выпрямителем

4. Рабочие характеристики ад.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют  собой зависимости скольжения S, числа оборотов ротора n₂, раз­виваемого момента М, потребляемого тока I₁, расходуемой мощности Р₁, коэффициента мощности соsφ и кпд η от полезной мощности Р₂ на валу машины. Эти характеристики (рис. 115) снимаются три естественных условиях работы двигателя, т. е. двигатель нерегулируемый, частота  f₁ и напряжение U₁ се­ти остаются постоянными, а изменяется только нагрузка на валу двигателя.

При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастет, причем при боль­ших нагрузках скольжение увеличивается несколько быст­рее, чем при малых.

При холостом ходе двигателя n₂=n₁ или S=0.

При    номинальной    нагрузке   скольжение  обычно   составляет S = 3-5%.

Скорость вращения ротора

Так как при увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, то число оборотов будет уменьшаться. Однако из­менение скорости вращения при увеличении нагрузки от 0 до номи­нальной очень незначительно и не превышает 5%. Поэтому скоро­стная характеристика асинхронного двигателя является жесткой — она имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент, развиваемый двигателем М, уравновешен тормозным моментом на валу М₂ и моментом, идущим на преодоление механических потерь М₀, т. е.

где Р₂ — полезная мощность двигателя,

      W₂ — угловая скорость ротора.

При холостом ходе двигателя вращающий момент равен М₀; с увеличением нагрузки на валу этот момент также увеличивается, причем за счет некоторого уменьшения скорости ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем увеличение полезной мощности на валу.

Сила тока I₁ потребляемого двигателем из сети, неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холо­стом ходе соs j мал и ток имеет большую реактивную составляю­щую и очень малую активную составляющую. При малых нагруз­ках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, а потому изменение нагрузки, т. е. изменение активной составляющей тока, вызывает незначитель­ное изменение силы тока I₁ (определяющейся в основном реактивной составляющей). При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение силы тока I₁.

Потребляемая двигателем мощность Р₁ при графическом изоб­ражении имеет вид почти прямой линии, незначительно отклоняю­щейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с увеличением нагрузки.

Изменение коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу двигателя происходит следующим образом. При холостом ходе соsφ мал (порядка 0,2), так как активная составляющая тока ста­тора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по срав­нению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнит­ный поток. При увеличении нагрузки на валу соsφ возрастает (достигая наибольшего значения 0,8—0,9) в результате увеличе­ния активной составляющей тока статора. При очень больших на­грузках происходит некоторое уменьшение соsφ, так как вследствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая кпд имеет такой же вид, как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе кпд равен нулю. С увели­чением нагрузки на валу двигателя кпд резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения кпд достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.