Шпаргалки по электротехнике

--PAGE_BREAK-- Принцип действия асинхронных двигателей основан на двух явлениях: образовании рабочего вращающегося магнитного поля токами в обмотке статора и воздействии этого поля на токи, индуцированные в короткозамкнутых витках ротора.  В зависимости от способа образования вращ. магнитного поля различают трехфазные и двухфазные обмотки статора. Статор машины собирают из штампованных листов электротехнической стали. По внутренней кромке листов вырублены пазы, которые создают в статоре каналы для укладки проводников обмотки. Пакет листов статора запрессован в корпус – оболочку, который имеет соединительные элементы для крепления к неподвижному жесткому основанию. Обмотку статора выполняют в виде одно- и многовитковых катушек, имеющих, как правило, одинаковые размеры. Каждая фаза статорной обмотки состоит из нескольких последовательно включенных катушек.Ротор асинхронной машины также набирают из штампованных листов электротехнической стали, которые запрессовывают на вал. Роторы изготавливают двух типов: 1)с трехфазной обмоткой, соединенной звездой, выводы которой подключены к контактным кольцам; 2)с короткозамкнутой обмоткой, получившей название «беличье колесо». У двигателя с контактными кольцами к обмотке ротора присоединяют посредством щеток трехфазный реостат с целью улучшения пусковых характеристик машины. После окончания пуска кольца замыкают накоротко. Трехфазную обмотку выполняют из изолированного провода, а кольца изолируют от вала двигателя. Механической характеристикой наз. зависимость скорости      или частоты вращения n2 ротора от электромагнитного момента М. В установившемся режиме этот момент равен противодействующему моменту Мпр рабочего механизма.
   Механическую характеристику     (М) можно построить по кривой М(s), используя соотношение:

 
Устойчивая работа двигателя возможна на участке

(М

   Номинальный момент определяет допустимый момент на валу двигателя при длительной неизменной нагрузке. Тепловой режим двигателя нормального исполнения(нагрев обмотки, вентиляция и т. д.) рассчитывают для этой нагрузки. Отношение Мm/Мном, называемое перегрузочной способностью, обычно выбирают равным 2 – 2,5 с учетом возможности кратковременных ударных нагрузок при пониженном напряжении в сети.

   Рабочие характеристики показывают зависимость эксплуатационных параметров машины от мощности на валу двигателя Р2; к этим параметрам относят ток, активную мощность, КПД, скорость ротора и коэффициент мощности двигателя.

   Рабочие характеристики АД изображены на рис.

По осям координат отложены относит. значения тока статора I1, скорости ротора     и мощности Р1, выраженные в долях от номинальных величин I1ном, скорости поля      и номинальной мощности Р2ном.В реж. х.х., когда М~0, ток I1=I1х. Значение тока I1х зависит от магнитного

сопротивления воздушного зазора между статором и ротором. Поэтому зазор делают небольшим – порядка десятых долей миллиметра. Тем не менее ток I1х=(0,2..0,5)I1ном в зависимости от мощности двигателя, что на порядок больше по сравнению с относительным значением тока I1х у трансформаторов. Ток I1х имеет активную составляющую, связанную с потерями в магнитопроводе и в обмотке статора.По мере роста нагрузки на валу увеличивается ток статора, в основном его активная составляющая. Коэффициент мощности

 при х.х. определяется мощностью потерь в магнитопроводе:



Обычно cosf1х имеет значение 0,2..0,3, что указывает на недопустимость длительной работы двигателя без нагрузки. При номинальной нагрузке cosf1=0,7..0,8.

КПД:

при отсутствии нагрузки равен 0. по мере увеличения мощности Р2 КПД повышается. При больших нагрузках рост КПД замедляется, затем КПД начинает уменьшаться, т.к. потери в обмотках пропорциональны квадрату токов, а зависимость токов от мощности Р2 близка к линейной.

2)Электроизмерительные приборы с электростатическим измерительным механизмом.Электростатический механизм состоит из двух (и более) металлических изолированных пластин, выполняющих роль электродов. На неподвижные пластины подается потенциал одного знака, а на подвижные пластины – потенциал другого знака. Подвижная пластина вместе с указателем укреплена на оси и под действием сил электрического поля между пластинами поворачивается. При постоянном напряжении Uмежду пластинами вращающий момент пропорционален зарядам Q=C*Uна пластинах: Мвр=k*Q^2=k*(C*U)^2. При синусоидальном напряжении u=Um*sinwtподвижная часть механизма реагирует на средний вращающий момент, где U– действующее напряжение:  Мвр.ср.=k2*U^2.Электростатические приборы, в которых используется электростатический механизм, применяют исключительно в качестве вольтметров постоянного и переменного напряжений. Из выражения для Мвр.ср. следует, что угол отклонения указателя электростатического прибора пропорционален квадрату напряжения, т.е. шкала прибора должна быть квадратичной. Однако подбором формы и размеров электродов получают практически равномерную шкалу.  Электростатические вольтметры отличаются малым потреблением энергии, широким частотным диапазоном, нечувствительностью к внешним магнитным полям и колебаниям температуры, их показания не зависят от формы кривой напряжения. К недостаткам этих приборов следует отнести сравнительно низкую чувствительность. Кроме того, они требуют электростатического экранирования, т.к. на их показания оказывают влияние внешние электрические поля. Для расширения пределов измерения электростатических вольтметров используют емкостные и резистивные делители напряжения(рис.
Билет №8

1. Конструкция и принцип действия машины постоянного тока. ЭДС машины постоянного тока.

По конструктивному выполнению машина постоянного тока подобна обращенной синхронной машине, у которой обмотка якоря расположена на роторе, а обмотка возбуждения — на статоре. Основное отличие заключается в том, что машина постоянного тока имеет на якоре коллектор, а на статоре кроме главных полюсов с обмоткой возбуждения- добавочные полюсы, которые служат для уменьшения искрения под щетками. На статоре расположены главные полюсы с катушками обмотки возбуждения и добавочные полюсы с соответствующими катушками. Главные полюсы выполняют шихтованными, а добавочные- массивными или также шихтованными. Катушки главных и добав. полюсов изготовляют из изолированного медного провода. Расположенную на полюсе обмотку иногда  разбивают на секции для лучшего ее охлаждения. Сердечник якоря собирают из изолированных листов электротехнической стали. Обмотка якоря обычно состоит из отдельных, заранее намотанных, якорных катушек, которые обматывают изоляционными лентами и укладывают в пазы сердечника якоря. Обмотку выполняют двухслойной. Коллектор обычно выполняют в виде цилиндра, собранного из клинообразных пластин твердотянутой меди; между пластинами располагают изоляционные прокладки. По цилиндрической части коллектора скользят щетки, установленные в щеткодержателях. Щетки представляют собой прямоугольные бруски, изготовленные путем прессовки и термической обработки из порошков графита, кокса и др. Они предназначены для соед. коллектора с внешней цепью и прижимаются к поверхности коллектора пружинами.

Принцип действия.Машина постоянного тока имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток Iв, который создает магнитное поле возбуждения Фв. На роторе расположена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуцируется ЭДС. Т.о., ротор машины постоянного тока является якорем. При заданном направлении вращения якоря направление ЭДС, индуцируемой в его проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. При вращении якоря проводники обмотки перемещаются от одного полюса к другому;

ЭДС, индуцируемая в них, изменяет знак. Однако количество проводников, находящихся под каждым полюсом, остается неизменным. При этом суммарная ЭДС, индуцируемая в проводниках, находящихся под одним полюсом, также неизменна по направлению и приблизительна постоянна по вел-не. Эта ЭДС снимается с обмотки якоря с помощью скользящего контакта, включенного между обмоткой и внешней цепью. Обмотка якоря выполняется замкнутой, симметричной (рис С-8.1, б)
2. Асинхронный тахогенератор.

Своим устройством асинхронный тахогенератор не отличается от асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором. Полый ротор тахогенератора изготовляют из сплава с повышенным удельным сопротивлением не зависящим от температуры.

У обмотки статора АТГ есть две 1-я  ОВ, 2-я –генераторная обмотка. Считаем  ось ОВ продольной d-d. Рассмотрим процессы происходящие в АТГ  при неподвижном роторе (n=0). При включении обмотки возбуждения в сеть перем тока напр-ем U1 и частотой f1 возникает МДС Fв и в магнитопроводе генератора наводится пульс магнитный поток Фв направленный по оси d-d. Пронизывая полый ротор, поток наводит в нем ЭДС Етр, назыв трансформаторной. В ГО поток Фв не наводит ЭДС т.к ось обмотки q-qрасположена под углом 90 эл. градусов к оси обмотки возбуждения d-d. Под действием Етр в стенках полого стакана возникнут токи I2тр, которые благодаря повышенному актив сопротивлению ротора практически совпадают по фазе с Етр. Токи I2тр создают МДС ротора F2d, направл по продольной оси встречно МДС Fв возбуждения. в результате взаимод Fв и F2dсозд-ся результ магн поток по продольной оси Фdпульсирующий с частотой тока сети f1. Если ротор АТГ вращать с частотой n, то процесс наведения ЭДС не изменяется. По оси ОВ действ пульс ток ОВ. Но проводники ротора при вращении пересек  магнит силовые линии этого потока и в них дополнит навод-ся ЭДС вращения.от действия этогг ЭДС возникает ток и магнитный поток Фг который наводит в ОГ генераторную ЭДС. Фг=>Ег4,44f1wогФг. АТГ можно использовать в качестве датчика ускорений для получения сигнала пропорционального ускорению вала.      
Билет №9

 1. Конструкция и принцип действия синхронной машины.

Статор СМ имеет такое же устройство, как и статор АМ. Трехфазная или m-фазная обмотка статора СМ выполняется с таким же числом полюсов, как и ротор и называется обмоткой якоря. Сердечник статора вместе с обмоткой наз-ся якорем. Ротор СМ имеет обмотку возбуждения, питаемую через 2 контактных кольца и щетки постоянным током от посторонноего источника. В качестве источника чаще всего служит ГПТ относительно небольшой мощности (0.3-3% от мощности СМ), который называется возбудителем и устанавливается обычно на одном валу с СМ. Назначение ОВ — создание в машине первичного маг.поля. Ротор вместе со своей ОВ называется индуктором. При изготовленни СМ принимаются меры к тому, чтобы распределение индукции поля возбуждения вдоль окр.статора было по возможности близко к синусоидальному. Если ротор СМ привети во вращение с нек.скоростью nи возбудить его, то поток возбуждения Ф будет пересекать проводники обмотки статора и в фазах последней будут индуктироваться ЭДС с частотой f1=pn=pnM/60. ЭДС статора составляют симметричную трехфазную систему ЭДС, и при подключении к обмотке статора симметричной нагрузки эта обмотка нагрузиться симметричной системой токов, машина при этом будет работать в режиме Г. При нагрузке обмотка статора создает такое же по характеру вращающееся маг.п., как и обмотка статора АМ. Это поле статора вращается в направлении вращения ротора со скоростью n1=f1/pследовательно n1=n. Поля статора и ротора вращаются с одинаковой скоростью общее вращающееся поле как и в АМ. Поле статора (якоря) оказывает воздействие на поле ротора (индуктора) и называется полем реакции якоря. СМ может работать и качестве Д, если подвести к обмотке ее статора 3-фазный ток из сети. В этом случае в результате взаимодействия маг.полей поле статора увлекает за собой ротор. При этом ротор вращается в туже сторону и с такой же скоростью, что и поле статора. Из формулы следует, что чем больше число пар полюсов, тем меньше должна быть ее скорость вращения для получения заданной частоты. По своей конструкции СМ бывают явнополюсные и неявнополюсные

2. Электроизмерительные приборы с магнитоэлектрическим измерительным механизмом.

Магнитоэлектрический механизм содержит постоянный магнит и катушку с током. Рассмотрим работу магнитоэлектрического измерительного механизма на примере конструкции с внутрирамочным магнитом(рис.).

Его магнитная система состоит из постоянного магнита 3 и замкнутого кольца 2 из магнитомягкого ферромагнитного материала. В рабочем зазоре между ними образуется радиальное магнитное поле. Подвижная катушка 1, выполненная из тонкого изолированного провода, намотанного на алюминиевый

каркас, помещена в рабочем зазоре и укреплена на растяжках. Она может свободно поворачиваться вокруг своей оси. Концы обмотки электрически соединены с растяжками, по которым ток поступает в катушку. При наличии в обмотке постоянного тока Iна активную сторону витков wобмотки длиной l, находящуюся в равномерном магнитном поле зазора с магнитной индукцией В0, действует сила F, которая, согласно з-ну Ампера, равна F=B0*l*I*w. Под действием пары таких сил, действующих на обе активные стороны обмотки, создается вращающий момент Мвр= В0*l*b*w* I=B0*S*w*I=Y0*I. S– площадь обмотки, равная произведению длины lна ширину b; Y0=B0*S*w– постоянная прибора, равная максимальному потокосцеплению катушки.  Из последнего выражения видно, что вращающий момент пропорционален току. Под действием Мвр подвижная часть механизма вместе с указателем поворачивается на некоторый угол α, который пропорционален току I:  α=Si*I,  где Si=Y0/k– чувствительность ИМ по току, величина постоянная, не зависящая от тока. Магнитоэлектрические приборы, в которых используются магнитоэлектрические механизмы, применяют для измерения постоянных токов и напряжений, а также в качестве измерителей сопротивления и гальванометров.
Билет №10

1. Конденсаторный асинхронный двигатель.





имеет на статоре 2 обмотки, которые обе являются рабочими, и в одну из них включается емкость Ср, значение которой рассчитывается так, что при номинальной нагрузке существует только вращающееся поле прямой последовательности. Обе обмотки при этом имеют фазные зоны по 90 эл.град и сдвинуты друг относительно друга в пространстве также на 90. Мощность обеих обмоток при Р=Рн одинакова, но их числа витков, токи и напряжения различны. КД представляет собой 2-фазный Д, который подключен посредством конденсатора Ср к однофазной сети и при Р=Рн имеет симметричную нагрузку фаз. Емкость Ср, подобранная по рабочему режиму, недостаточна для получения высокого пускового момента. Поэтому в необходимых случаях параллельно Ср на время пуска включается добавочная, пусковая мощность Сп. Использование материалов в КД и его КПД значительно выше, чем в 1-фазных двигателях с пусковой обмоткой, и почти такие же, как у 3-фазных Д. Коэффициент мощности КД ввиду наличия конденсатора выше, чем у 3-фазных Д равной мощности. Для схемы включения КАД при заданном напряжении сети Uемкость рабочего конденсатора, необходимая для получения кругового вращающего поля, Ф: Ср=Ia*cosja/(Ufk), где jа — угол фазового сдвига между током Iaи напряжением Uпри круговом вращающем поле; k— коэффициент трансформации. Емкость обеспечивает получение в Д кругового вращающегося поля только при k=tgja. Обычно КАД рассчитывают так, чтобы круговое вращающее поле соответствовало номинальной или близкой к ней нагрузке. Ср обратно пропорциональна напряжению сети, т.е. чем выше напряжение, тем меньшей емкости требуется конденсатор. КАД используются при повышенных условиях к пусковому моменту.
    продолжение
--PAGE_BREAK--
2. Астатические электроизмерительные приборы.
Билет №11

1.Однофазный асинхронный двигатель с экранированными полюсами.
имеет на статоре явно выраженные полюсы с однофазной обмоткой и ротор с обмоткой в виде беличьей клетки. Часть наконечника каждого полюса охвачена (экранирована) ко­роткозамкнутым витком. Ток статора I1 создает в неэкранированной и экранированной частях полюса пуль­сирующие потоки Ф''1 и Ф'1. Поток Ф''1 индуктирует в кз витке ЭДС Ек, которая отстает на угол jк

2. Магнитный пускатель.

Магнитные пускатели осуществляют пуск, остановку и защиту двигателей от перегрузки. Они коммутируют номинальные токи и токи перегрузки. Пределы номинальных токов пускателей от 4 до 2500 А. Номинальные напряжения катушек пускателей постоянного тока изменяется от 24 до 440 В. А у пускателей переменного тока – от36 до 660 В. Механическая износостойкость определяет способность пускателя выполнять определенное число операций включение – отключение  без тока в цепи главных контактов при наибольшей допустимой частоте циклов. Существуют пять классов механической износостойкости.  Коммутационная износостойкость  — это способность аппарата выполнять определенное число операций коммутации тока контактами при заданных условиях в цепи. Характерные величины этого вида износостойкости в циклах – 103, 104, 105 и 106. Конструкция магнитного пускателя (очень примерно своими словами).  Магнитный пускатель состоит катушки с сердечником (представляет собой электромагнит), якоря, контактов. При подачи напряжения на катушку, создается магнитное поле, которое притягивает к сердечнику якорь. Механически соединенные с якорем подвижные части замыкающихся контактов тоже приходят в движение и замыкаются с неподвижными (если имеются вспомогательные размыкающие контакты, то они размыкаются). Отличительной особенностью пускателей переменного тока является то, что сердечник и якорь выполнены шихтованными из электротехнической стали. И в торце сердечника находится накоротко замкнутое кольцо. Роль которого удержать якорь в притянутом состоянии (поддерживать магнитное поле) в момент, когда переменное напряжение достигает нулевого значения.
Билет №12

1. Асинхронный электродвигатель с полым немагнитным ротором.
Рис в лекции

Для повышения быстродействия исполнительного двигателя были созданы асинхронные исполнительные двигатели с полым немагнитным ротором. Полый не­магнитный ротор представляет собой тонкостенный алюминиевый стакан, закрепленный на валу посредством втулки. Такой ротор имеет повышенное сопротивление r2, небольшую массу, а следовательно, малое значение электромеханической постоянной времени. Двигатель имеет два статора — внешний  с обмоткой и внутренний без обмотки, расположен­ный внутри полого стакана ротора. Внутренний статор необходим для уменьшения магнитного сопротивления основному магнитному потоку двигателя. Возможна конструкция двигателя, когда обмотка статора распо­ложена на внутреннем статоре. По сравнению с исполнительными двигателями с короткозамкнутой обмоткой ротора, двигатели с полым немагнитным ротором имеют большие габаритные раз­меры и невысокий КПД. Это объясняется тем, что между наружным и внутренним статорами имеется значитель­ный немагнитный промежуток, в котором замыкается основной магнитный поток двигателя. Немагнитный промежуток складывается из толщины алюминиевого стакана и двух воздушных зазоров между поверхностями ротора и статоров. Увеличение немагнит­ного промежутка на пути основного магнитного потока способствует росту намагничивающего тока, а следова­тельно, снижению коэффициента мощности двигателя и КПД. Намагничивающий ток достигает 80—90% номи­нального тока в цепи статора. Достоинства асинхронных двигателей с полым не­магнитным ротором: высокое быстродействие, большой диапазон регулирования частоты вращения, стабильность характеристик, малошумность в работе. Сравнение технических данных асинхронных испол­нительных двигателей различной конструкции показыва­ет, что у двигателей с кз обмоткой ротора благодаря «сквозной» конструкции и уменьшенному диа­метру ротора постоянная времени Тeм меньше, чем у двигателей с полым немагнитным ротором (исключение составляют двигатели с полым немагнитным ротором, рассчитанные на частоту переменного тока 50 Гц). Отно­сительное напряжение трогания Uтр/Uуном у двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора в несколько раз больше, чем у двигателей с полым немагнитным ротором, так как в двигателях с короткозамкнутым ротором возникает сила одностороннего магнитного притяжения ферромагнитного сердечника ротора к сердечнику ста­тора. Причина возникновения этой силы — неравномер­ный воздушный зазор между статором и ротором. В дви­гателях «сквозной» конструкции при одностороннем зазоре, не превышающем 0.05 мм, даже незначительная неравномерность зазора вызывает заметные силы одностороннего магнитного притяжения, влияющие на напряжение трогания двигателя. По своему внешнему виду и габаритам эти двигатели не отличаются от синхронного реактивного Д типа СД-54.

2. Электроизмерительные приборы электродинамической системы.

Электродинамический механизм состоит из двух катушек: неподвижной 1 и подвижной 2. катушка 2 укреплена на растяжках и может поворачиваться вокруг оси внутри двух секций неподвижной катушки. При наличии в катушках постоянных токов I1 и I2 возникают электромагнитные силы взаимодействия, стремящиеся повернуть катушку 2 соосно с катушкой 1. Возникает вращающий момент Мвр=k*I1*I2. При синусоидальных токах i1=I1m*sinwtи i2=I2m*sin(wt– δ) мгновенное значение вращающего момента выражается ф-лой:

Mвр(t)=k*I1m*I2m*sinwt*sin(wt– δ) Средний вращающий момент, на который реагирует подвижная часть прибора, Мвр.ср.=k*I1*I2*cosδ. Вращающий момент электродинамического ИМ пропорционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними. Угол отклонения подвижной части и указателя α =k1*I1*I2*cosδ. Электродинамические приборы, в которых используются описанные механизмы, применяют в цепях постоянного и переменного токов в качестве амперметров и вольтметров. Также их можно использовать в качестве ваттметров. Электродинамические приборы отличаются высокой точностью, независимостью показаний от формы кривой тока или напряжения, пригодностью использования в цепях постоянного и переменного токов. К недостаткам этих приборов следует отнести сравнительно невысокую чувствительность, большое собственное потребление энергии, влияние внешних магнитных полей и ограниченный частотный диапазон. Электродинамические приборы являются одними из самых точных приборов переменного тока и широко применяются в лабораторной практике. Расширение пределов измерения достигается включением их через измерительные трансформаторы.
Билет№13

1.Асинхронный двигатель с двойной «беличьей клеткой» и глубокопазный.

двигатели имеют на роторе две короткозамкнутые беличьи клетки, одна из которых оставляет собой так называемую пусковую обмотку, а  вторая —рабочую. Рабочая обмотка выполняется из медных стержней и размещается— нижних частях пазов, а пусковая обмотка изготовляется из

латунных или бронз стержней и располагается в верхних частях пазов, ближе к воздушному зазору. Сечение стержней пусковой обмотки может быть несколько меньше, чем у рабочей обмотки. Однако сечение и тепло­емкость стержней пусковой обмотки должны быть достаточно велики, чтобы предотвратить чрезмерный на­грев этой обмотки при пуске. Иногда рабочую и пусковую обмотки размещают  в отдельных пазах. В связи со сказанным активное сопротивление пусковой обмотки rп обычно в 2—4 раза больше ак­тивного сопротивления rр рабочей обмотки. Наоборот, индуктивное сопротивление рассеяния пусковой об­мотки Хsп в несколько раз меньше, чем Хsр рабочей обмотки, поскольку последняя1 утоплена глубоко в стали сердечника ротора. Вращающееся магнитное поле двигателя индуктирует в обеих обмотках ротора одинаковые э. д. с. При пуске вследствие большой частоты тока ротора индуктивное сопротивление рабочей обмотки относительно велико и значительно больше полного сопротивления пусковой обмотки. Поэтому при пуске нагружена током в основном только пусковая обмотка, и ввиду большого ее активного сопротивления Д развивает большой пусковой момент. При разбеге двигателя частота тока ротора уменьшается, и при нор­мальной скорости вращения (s=0,02 — 0,05) индуктивные сопротивления рассеяния обмоток ротора будут в 20—50 раз меньше, чем при пуске. Поэтому в рабочем режиме активные сопротивления обмоток ротора зна­чительно больше индуктивных и полные сопротивления обмотки определяются значениями активных сопро­тивлений. Вследствие этого при работе двигателя полное сопротивление рабочей обмотки значительно меньше, чем полное сопротивление пусковой, и током нагружена главным образом рабочая обмотка. Ввиду малости активного сопротивления этой обмотки двигатель имеет хороший к. п. д. Таким образом, в двухкле­точном двигателе при пуске происходит вытеснение тока ротора по направлению к воздушному зазору,  как и в глубокопазном двигателе. В пусковой обмотке двухклеточного двигателя при тяжелых условиях пуска (большой маховой момент приводимого агрегата пуск под нагрузкой) выделяется большое количество теп­лоты, и эта обмотка при пуске соответственно удлиняется, в то время как рабочая обмотка при пуске остается холодной и не удлиняется. Поэтому во избежание нарушения сварных соединении стержней с торцевыми кз кольцами стержни пусков рабочей обмоток присоединяются к отдельным кольцам. Глубокопазные двигатели.

Одной из разновидностей таких двигателей являются двигатели с глубокими пазами на роторе и высокими(30—60 мм) стержнями беличьей клетки. Вытеснение тока в стержнях клетки происходит врезультате действия ЭДС, индуктируем пазовыми потоками рассеяния Фд. Можно представить себе, что

стержень состоит из множества волокон, включенных параллельно. Нижние волокна охватываются большим, а верхние волокна малым числом линий потока Фд. При пуске, когда частота в роторе велика(f2=f1) в нижних волокнах стержня индуктируется большая ЭДС самоиндукции,÷eмв верхних, и плотность тока распределяя по высоте проводника весьма неравномерно.Можно также сказать, что такое неравномерное распределение тока обусловлено тем, что нижние волокна стержня имеют большее индуктивное сопротивление, чем верхние. Таким образом, ток в стержне вытесняется по направлению к воздушному зазору, что, в сущности, и есть проявление поверхностного эффекта в проводниках, утопленных в ферромагнитную среду. Под влиянием вытеснения тока, или поверхностного эффекта активное сопротивление стержня при пуске двигателя становится большим… По мере разбега двигателя при его пуске частота тока в роторе уменьшается и по достижении номинальной скорости вращения становится весьма малой (f2=sn*f1

2. Логометрическнй измерительный механизм.

Логометром наз. прибор, угол отклонения стрелки которого от отношения двух токов(рис.).

Измерительный  механизм магнитоэлектрического логометра конструктивно отличается от др. магнитоэлектрических ИМ тремя особенностями: 1) наличием двух жестко скрепленных между собой подвижных рамок; 2) отсутствием устройства для создания

противодействующего момента (пружинок); 3) неравномерностью магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в воздушном зазоре. Токи I1 и I2 в рамках подаются по безмоментным проводникам. В рамках создаются противонаправленные моменты: один из моментов поворачивает рамку в направлении увеличения угла отклонения а, назовем его вращающим моментом Мвр=C1*I1*B1(a); др. момент, направленный в обратную сторону, назовем противодействующим моментом Мпр=C2*I2*B2(a). Таким образом, в логометре противодействующий момент создается не механическим, а электрическим путем. При равновесии этих моментов Мвр=Мпр отношение токов I1/I2=C3*B2(a)/B1(a) или a=f(I1/I2). Угол поворота подвижной части логометра пропорционален отношению токов в катушках. Магнитоэлектрические логометры широко используют при измерении сопротивлений в омметрах и измерительных мостах.
Билет №14


1. Двигатель постоянного тока, параллельного и независимого возбуждения. Рабочие механические и регулировочные характеристики.





В двигателях независимого возбуждения  обмотка возбуждения 0В электриче­ски не связана с обмоткой якоря (рис. 6.20, а). Обычно напряжение возбужде­ния Uв отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря (рис. 6.20, б). Применение в электроприводе двигателя независимого или параллель­ного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы, Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими и механическими характери­стиками, а также регулировочными свойствами. Рабочие характе­ристики представляют собой зависимость частоты вращения n, тока Ia в обмотке якоря, полезного момента М2 от полезной мощности двигателя Р2 при неизменных значе­ниях напряжения питания U и тока в обмотке возбуждения Iв (рис. 1). Характеристика n =f(Р2) имеет вид кривой, наклоненной к оси абс­цисс. Такая

форма характеристики объясняется тем, что с ростом на­грузки двигателя Р2 увеличивается ток якоря Iа, следовательно, возрас­тает падение напряжения в цепи якоря Ia*суммаr. В итоге уменьшается частота вращения. Одновременно с ростом нагрузки усилива­ется реакция якоря это

уменьшает основной магнитный поток Ф, что способству­ет увеличению частоты вращения. График зависимости M2=f(P20) определяется выраже­нием полезного момента (момента на валу), Нм, М2=Р2/wа=30Р2/(пи*n), где wa— угловая скорость якоря, 1/С. Если n=const. то график М2=f(P2) представляет собой прямую линию, выходящую из начала осей коор­динат. Однако с ростом нагрузки двигателя частота вра­щения уменьшается, это приводит к нелинейности рас­сматриваемой характеристики. График зависимости Ia=f(P2) не выходит из начала осей координат, т.к. в режиме хх (Р2=0) двигатель потребляет из сети ток холостого хода Iо и развивает момент холостого хода Мо,  обусловленный; механическими и магнитными потерями в двигателе Параметры двигателя, соответствующие номинальной мощности Рном, называют номинальными: nном, Iaном, М2ном. Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения якоря n от электромагнитного момента М при неизменных напряжении питания (U=const) и сопротивлении реостата в цепи возбуждения (rper=const). Получим n=U/(Ce*Ф)-(M*суммаr)/(Ce*Cn*Ф^2)=no-dn где nо — частота вращения двигателя при идеальном холостом ходе (М=0, Iа=0); dn— изменение частоты вращения якоря под действием нагрузки двигателя М=Мо+М2. Если пренебречь размагничивающим действием реакции якоря и принять Ф=const, то механическая характеристика двигателя независимого (параллельного) возбуждения примет вид прямой, наклоненной к оси абсцисс (рис. 6.22, а, график 1).





 Эта характеристика называется естественной. Если в цепь якоря двигателя ввести добавочное сопротивление Rдоб (см. рис. 6.20), то механическая характеристика будет определяться выражением n=U/(Ce*Ф)-(M*суммаr+Rдоб)/(Ce*Cn*Ф^2), то

величина no не изменится, а dn возрастет, при этом угол наклона механической ха­рактеристики к оси абсцисс увеличится (рис. 6.22, а, гра­фики 2 и 3). Полученные механические характеристики называют искусственными. Естественная характеристика двигателя независимого (параллельного) возбуждения, т. е. механическая харак­теристика, соответствующая Rдоб=0—«жесткая», так как при изменении нагрузки на валу двигателя частота вращения изменяется незначительно (на 5—10%). Искусственные характеристики двигателя с ростом доба­вочного сопротивления Rдоб в цепи якоря становятся «мягкими», так как изменение нагрузки на валу двигате­ля сопровождается значительными изменениями частоты вращения. На форму механических характеристик влияет основ­ной магнитный поток Ф. При уменьшении Ф увеличивает­ся частота вращения идеального холостого хода nо и dn. Это приводит к резкому изменению жесткости механиче­ской характеристики (рис. 6.22, б). При изменении напряжения на якоре двигателя U изменяется частота вращения no, а dn остается постоян­ной. Следовательно, жесткость механических характе­ристик (если не учитывать реакцию якоря) не изменя­ется — они смещаются по высоте, оставаясь параллель­ными друг другу (рис. 6.22, в).
    продолжение
--PAGE_BREAK--
Регулирование частоты вращения двигателей независимого и параллельного возбуждения. Хорошие регулиро­вочные свойства двигателей по­стоянного тока — одна из основных причин их примене­ния в современном электроприводе, несмотря на сущест­венные недостатки, обусловленные наличием у них щеточно-коллектор­ного узла. Лучшие регулировочные свойства у двигателей независимого и параллельного воз­буждения. Регулирование частоты вращения изменением под­водимого к обмотке якоря напряжения. Как следует из n=(U-Ia*суммаr)/(ce*Ф), с изменением напряжения U частота вращения изменяется. Так как превышение но­минального напря­жения недопустимо, то этот способ позволяет изменять частоты вращения только в сторону уменьшения от номи­нальной. В двигателях мощностью до 100—120 Вт напря­жение, подводимое к обмотке якоря, можно изменять посредством потенциометра  потери в котором вследствие небольшой пе­редаваемой мощности неве­лики. Если питание двигателя осуществляется через автономные выпрямители (В1 — в цепи обмотки якоря и В2— в цепи обмотки возбуждения ОВ), то регулировать частоту вращения можно посредством автотрансформатора AT, на выход которого включен выпрямитель В1. При этом напряжение возбуждения остается неизменным. Этот способ регулирования частоты вращения успешно при­меняется при мощности двигателя до 500—600 Вт. Регулирование частоты вращения изменением доба­вочного сопротивления в цепи обмотки якоря. Этот способ регулирования также позволяет изменять частоту вращения только в сторону уменьшения от номи­нальной и осуществляется посредством реостата Rдоб (см. рис. 6.20). Недостатки рассматриваемого спо­соба: значи­тельные потери на нагрев реостата (Ia^2*Rдоб) — с измене­нием сопротивления доб меняется жесткость механиче­ских характеристик двигателя (см. рис. 6.22, a). Регулирование частоты вращения изменением магнит­ного потока возбуждения. Этот способ регулирова­ния весьма экономичен, так как изменение магнитного потока осуществляется реостатом в цепи обмотки возбуждения, ток в которой у рассматриваемых двигателей в несколько раз меньше тока в цепи обмотки якоря. Способ позволяет изменять частоту вращения в сторону увеличения от номинальной. При увеличе­нии сопротивления реостата rрег (см. рис. 6.20) уменьшается ток в обмотке возбужде­ния Iв, а следовательно, и магнитный поток Ф, что вызы­вает возрастание частоты вращения якоря двигателя. вращения может превышать максимальное значение. Недостаток данного способа регулирования состоит в том, что при изменении потока Ф в значительной степени меняется жесткость механических характеристик двигате­ля (см. рис. 6.22, б). Импульсное регулирование частоты вращения. Цепь обмотки якоря двигателя независи­мого возбуждения периодически подключается к ис­точни­ку напряжения ключом К. При замыкании цепи якоря на время t1 к обмотке якоря подводится напря­жение U=Uном, ток нарастает до значения Imax (рис. 6.25, б). При размыкании ключа ток уменьшается, дос­тигая значения Imin, замыкаясь через диод VD. При следующем замыкании ключа К. ток в якоре вновь дос­тигает значения Imax и т. д. Таким образом, к цепи обмотки якоря подводятся импульсы напряжения, ам­плитудное значение которых равно напряжению U источника. Среднее напряжение, прикладываемое к дви­гателю, В, Uср=Ut1/T=gU, где t1—длительность импульса напряжения; Т—время между двумя следующими друг за другом импульсам напряжения (рис. 6.25, б); g=t1/T— коэффициент управления. Ток в обмотке якоря определяется средним значение Iср=0,5(Imax+Imin). Частота вращения двигателя при импульсном регулировании n=(gU-Ia*суммаr)/(ce*Ф). Импульсное регулиро­вание обеспечивает изменение частоты вращения лишь в сторону уменьшения от номинальной. Для снижения пульсаций тока в цепь якоря включают дроссель L. Частота работы ключа составляет 200—400 Гц.  На рис. 6.25, в показана одна из возможных схем импульсного регулирования напряжения, где в качеств ключа используют тиристор VS. Включается тиристор (что соответствует замыканию ключа) подачей кратко­временного импульса от генератора импульсов ГИ на управляющий электрод УЭ. Цепь из дросселя L1 и кон­денсатора С, шунтирующая тиристор, служит для выключения последнего в интервале между двумя управ­ляющими импульсами. При включении тиристора конденсатор С перезаряжается по контуру С—VS—L1—С и к тиристору прикладывается напряжение, обратное напряжению сети. Время открытого состояния тиристора (с) определяется параметрами цепи L1С: t=p*sqrt(L1C), где L1 —индуктивность дросселя, Гн; С—емкость кон­денсатора, Ф. Среднее значение напряже­ния Uср, подводимого к обмотке якоря, регулируется изменением частоты следования управляющих импульсов. Частота вращения Д с постоянными магнитами регулируется изменением напряжения на обмотке якоря (реостатом Rдоб или импульсным методом) только в сторону уменьшения от номинального значения. Для из­менения направления вращения якоря (реверса) Д необходимо изменить направление тока в обмотке якоря либо в ОВ. При одновременном изменении тока в обеих обмотках якорь не изменяет направления вращения. В Д с постоянными магнитами реверс осуществляется изменением полярности клемм обмотки якоря.

Электроизмерительные приборы с магнитоэлектрическим измерительным механизмом.

Магнитоэлектрический механизм содержит постоянный магнит и катушку с током. Рассмотрим работу магнитоэлектрического измерительного механизма на примере конструкции с внутрирамочным магнитом(рис.).

Его магнитная система состоит из постоянного магнита 3 и замкнутого кольца 2 из магнитомягкого ферромагнитного материала. В рабочем зазоре между ними образуется радиальное магнитное поле. Подвижная катушка 1, выполненная из тонкого изолированного провода, намотанного на алюминиевый

каркас, помещена в рабочем зазоре и укреплена на растяжках. Она может свободно поворачиваться вокруг своей оси. Концы обмотки электрически соединены с растяжками, по которым ток поступает в катушку. При наличии в обмотке постоянного тока Iна активную сторону витков wобмотки длиной l, находящуюся в равномерном магнитном поле зазора с магнитной индукцией В0, действует сила F, которая, согласно з-ну Ампера, равна F=B0*l*I*w. Под действием пары таких сил, действующих на обе активные стороны обмотки, создается вращающий момент Мвр= В0*l*b*w* I=B0*S*w*I=Y0*I. S– площадь обмотки, равная произведению длины lна ширину b; Y0=B0*S*w– постоянная прибора, равная максимальному потокосцеплению катушки.  Из последнего выражения видно, что вращающий момент пропорционален току. Под действием Мвр подвижная часть механизма вместе с указателем поворачивается на некоторый угол α, который пропорционален току I:  α=Si*I,  где Si=Y0/k– чувствительность ИМ по току, величина постоянная, не зависящая от тока. Магнитоэлектрические приборы, в которых используются магнитоэлектрические механизмы, применяют для измерения постоянных токов и напряжений, а также в качестве измерителей сопротивления и гальванометров.
Билет №15


1. Сельсины и вращающиеся трансформаторы

Сельсины (самосинхронизирующиеся) применяются для поворота или вращения 2 или нескольких осей, не связанных друг с другом механически, а также для некоторых других целей. Однофазные сельсины имеют следующее устройство. На явновыраженных полюсах статора расположена сосредоточенная ОВ, а в

пазах цилиндрического ротора — 3 распределенные обмотки синхронизации, которые сдвинуты относительно друг друга в пространстве на 120 и вполне аналогичны 3-фазной обмотке нормальной МПерТ. Обмотки ротора соединяются с помощью контактных колец и щеток. Сердечники статора и ротора собраны из листовой эл-тех стали. Рассмотрим работу ОдСл. В индикаторном режиме работы один сельсин-датчик управляет работой одного или нескольких сельсинов-приемников. ОВ этих сельсинов включаются в общую сеть, а обмотки синхронизации соединяются друг с другом. Пульсирующее поле возбуждения индуктирует ЭДС в фазах обмоток синхронизации. Если углы поворота соответствующих фаз датчика bд и приемника bп по отношению к осям полюсов одинаковы, то ЭДС соединенных друг с другом фаз обмоток синхронизации также одинаковы и направлены встречно. При этом в обмотках синхронизации не возникает никаких токов и эл-маг моменты сельсинов =0. Если же роторы сельсинов будут занимать неодинаковое положение и поэтому угол рассогласования db=bд-bп будет не =0, то равенства ЭДС нарушатся, в обмотках синхронизации возникнут токи и на роторы сельсинов будут действовать эл-маг моменты Мд и Мп. Моменты датчика и приемника имеют разные знаки и оба действуют в направлении уменьшения угла рассогласования db. Если бы момент сопротивления на валу сельсина-приемника был =0, то db=0 и ротор этого сельсина в точности воспроизводил бы движение ротора сельсина-датчика, притом не только в режиме медленного поворота ротора, но и при его вращении с определенной скоростью. В действительности на ротор сельсина-приемника действуют определенные тормозные моменты. Это моменты от трения в подшипниках, на контактных кольцах и о воздух в сельсине, а также небольшой момент сопротивления механизма, соединенного с валом сельсина-приемника. Поэтому всегда возникает небольшая ошибка dbв передаче угла. Бесконтактные сельсины имеют то преимущество, что отсутствие скользящих щеточных контактов увеличивает надежность работы сельсинов и уменьшает их погрешности ввиду уменьшения потерь на трение. В таких сельсинах обе обмотки размещаются на статоре, а ротор не имеет обмотки. Обмотки синхронизации этого сельсина располагаются на статоре, который по своей конструкции аналогичен статору АД. ОВ имеет вид кольцевых коаксиальных катушек, охватывающих ротор. Особенностью устройства ротора является то, что он имеет немагнитную часть, благодаря чему полюсы ротора в магнитном отношении разделены и поток Ф направляется из одного полюса через неподвижный внешний магнитопровод в другой полюс и через ротор в статор. В результате этого при неподвижной обмотке возбуждения удается получить в воздушном зазоре между ротором и статором м.поле такого же вида, как и в обычном сельсине. рансформаторы (ВТ) предназначены для получения переменного напряжения, зависящего от угла поворота рото­ра. По назначению ВТ относятся к информа­ционным электрическим машинам и применяются в системах автоматического регули­рования в качестве измерительных элементов (датчиков угла) для измерения рассогласования между двумя вращающимися осями. В вычис­лительных устройствах вращающиеся трансфор­маторы используют при решении различных мате­матических задач, связанных с построением тре­угольников, преобразованием координат, сложе­нием и разложением векторов и т.п. Вращающийся трансформатор конструктивно представляет собой электрическую

машину ин­дукционного типа малой мощности. Наибольшее применение получили двухполюсные ВТ с двумя парами одинаковых взаимно перпендикулярных обмоток: обмотки w1 и Wк (С1— С2 и СЗ— С4) расположены на статоре; обмотки w2 и w3 (PI—Р2 и РЗ— Р4)— на роторе. Обмот­ка возбуждения (С1—С2) включается в сеть переменного тока, компенсационная обмотка СЗ

— С4замыкается накоротко или на резистор. Обмотки на роторе называются вторичными: синусной P1—Р2 и косинусной РЗ— Р4. Электриче­ский контакт с обмотками ротора осуществля­ется с помощью контактных колец и щеток (ана­логично контактным сельсинам) либо посредст­вом спиральных пружин, если ВТ работает в режиме ограниченного угла поворота. В последнем случае угол поворота ротора ВТ ограничивается максимальным углом закручивания спиральных пружин. Принцип работы вращающихся трансформаторов основан на взаим­ной индуктивности между обмотка­ми статора и ротора, которая изме­няется в определенной функциональ­ной зависимости от угла поворота ротора. Электродвижущие силы, наводи­мые пульсирующим магнитным по­током возбуждения в обмотках ро­тора, строго следуют этой зависи­мости. Если ВТ используется в качестве измерительного элемента, то пово­рот ротора осуществляется посред­ством редукторного механизма вы­сокой точности, который либо встраи­вается в корпус ВТ, либо монтирует­ся отдельно от ВТ и соединяется с его валом. Если ВТ предназначен для работы в режиме поворота ротора в пределах определенного угла, то в качестве обмоток возбуждения и компенсационной используются обмотки статора, а в качестве вторичных— обмотки ротора. Если ВТ работает в режиме непрерывного вращения ротора, то обычно применяют «обратное» использование обмоток: обмотки ротора используют в качестве обмоток возбуждения и компенсационной, а обмотки статора— в качестве вторичных. Если компенсационная обмотка замыкается накоротко, то при «обратном» использовании обмоток на роторе применяют лишь два контактных' коль­ца, что упрощает конструкцию, повышает надежность и точность ВТ. В зависимости от графика функциональной зависи­мости ЭДС вторичной обмотки от угла поворота ротора вращающиеся трансформаторы разделяют на следующие типы: синусно-косинусный  вращающийся трансформатор (СКВТ)- у него возникают напряжение U2 на выходе обмотки w2,находящееся в синусной зависимости от угла поворота ротора альфа и напряжение U3, на выходе обмотки w3 находящееся в косинусной зависимости от угла поворота ротора альфа. Линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ)— у него выходное напряжение U2 находится в прямолинейной зависимости от угла а. Вращающийся  трансформатор— построитель (ПВТ)—предназначен для решения геометрических задач. Кроме того, вращающиеся трансформаторы могу применяться в качестве масштабных трансформаторов (МВТ) для согласования напряжений отдельных каскадов автоматического устройства, фазовращателей, электрических машин синхронной связи трансформаторных системах дистанционной передач угла. В корпусе расположен шихтованный сердечник статора2, в пазы которого уложены распре ротора4 также находятся распределенные обмотки5. Электрический контакт обмоток ротора с выводными клеммами6 осуществляется посредством щеток7 и кон­тактных колец 8.

2.Процесс самовозбуждения генератора постоянного тока.

Обмотка возбуждения подсоединена через регулировочный реостат параллельно нагрузке. Следовательно, в данном случае используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения  получает питание от обмотки якоря генератора. Самовозбуждение генератора возможно только при выполнении определённых условий. Чтобы установить их рассмотрим процесс изменения тока в контуре “обмотка возбуждения — обмотка якоря” в режиме хх. Получим уравнение  e
=
i
в
S
R
в +
L
в
di
в/
dt
  (1), где е и iв – мгновенные значения ЭДС в обмотке якоря и тока возбуждения; SRв =Rв + Rр.в.- суммарное сопротивление цепи возбуждения генератора (сопротивлением SRа можно пренебречь, т.к. оно значительно меньше SRв); Lв- суммарная индуктивность обмоток возбуждения  и якоря. Все члены уравнения (1) можно изобразить графически (рис1).

ЭДС е при некотором значении iв тока возбуждения можно определить по характеристике ОА хх, а падение напряжения iвSRв – по ВАХ ОВ его цепи возбуждения. Характеристика ОВ представляет собой прямую, проходящую через начало координат под углом gк оси абсцисс; при этом tgg=SRв. Из (1) имеем di
в/
dt
= (
e
—
i
в
S
R
в) /
L
в   (2). Следовательно, если разность (e— iвSRв) > 0, то производная diв/dt>0, и происходит процесс увеличения тока возбуждения iв. Установившийся режим в цепи обмотки возбуждения наблюдается при diв/dt= 0, т.е. в точке пересечения С характеристики хх ОА с прямой ОВ. При этом машина  работает с некоторым установившимся током возбуждения Iвoи ЭДС Еo=Uо. Из уравнения (2) следует, что для самовозбуждения генератора необходимо выполнение определённых условий:

1)Процесс самовозбуждения может начаться только в случае, если в начальный момент (iв=0) в обмотке якоря индуцируется некоторая начальная ЭДС. Такая ЭДС может быть создана потоком остаточного магнетизма, поэтому для начала процесса самовозбуждения необходимо, чтобы в генераторе имелся поток остаточного магнетизма, который при вращении якоря индуцирует его в обмотке ЭДС Еост. Обычно поток статического магнетизма имеется в машине из-за наличия гистерезиса в её магнитной системе. Если такой поток отсутствует, то его создают, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника; 2) При прохождении тока iв по обмотке возбуждения в её МДС Fв должна быть направлена согласно МДС остаточного магнетизма F
ост.В этом случае под действием разности е – iвSRв происходит процесс нарастания тока iв, магнитного потока возбуждения Фв и ЭДС e. Если указанные МДС направлены встречно, то МДС обмотки возбуждения создаёт поток, направленный против потока остаточного магнетизма, машина размагничивается и процесс самовозбуждения не сможет начаться; 3) Положительная разность   е – iвSRв необходимая для возрастания тока возбуждения iв от 0 до установившегося значения Iвo, может возникать только в том случае, если в указанном диапазоне изменения тока iв прямая ОВ располагается ниже хар-ки хх ОА. При увеличения сопротивления цепи возбуждения SRв возрастает угол наклона   gпрямой ОВ к оси тока Iв и при некотором критическом значении угла gкр прямая ОВ практически совпадает с прямолинейной частью хар-ки хх. В этом случае е »iвSRв и процесс самовозбуждения становится невозможным. Следовательно, для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы сопротивление цепи возбуждения было меньше критического значения.    Если параметры цепи возбуждения подобраны так, что SRв SRвкр устойчивость режима самовозбуждения нарушается. Если в процессе работы генератора увеличить сопротивление цепи возбуждения  SRв до значения, большего SRвкр, то его магнитная система размагничивается и ЭДС уменьшается до Еост. Если генератор начал работать при SRв > SRвкр то он не сможет самовозбудиться. Следовательно, условие SRв ограничивает возможный диапазон регулирования тока возбуждения генератора и его напряжения. Обычно можно уменьшать напряжение генератора, увеличивая сопротивление SRв, лишь до (0,6…0,7)Uном.    продолжение
--PAGE_BREAK--
Билет №16


1. Частота вращения двигателя постоянного тока. Способы регулирования частоты вращения.

Регулирование частоты вращения двигателей независимого и параллельного возбуждения. Хорошие регулиро­вочные свойства двигателей по­стоянного тока — одна из основных причин их примене­ния в современном электроприводе, несмотря на сущест­венные недостатки, обусловленные наличием у них щеточно-коллектор­ного узла. Лучшие регулировочные свойства у двигателей независимого и параллельного воз­буждения. Регулирование частоты вращения изменением под­водимого к обмотке якоря напряжения. Как следует из n=(U-Ia*суммаr)/(ce*Ф), с изменением напряжения U частота вращения изменяется. Так как превышение но­минального напря­жения недопустимо, то этот способ позволяет изменять частоты вращения только в сторону уменьшения от номи­нальной. В двигателях мощностью до 100—120 Вт напря­жение, подводимое к обмотке якоря, можно изменять посредством потенциометра  потери в котором вследствие небольшой пе­редаваемой мощности неве­лики. Если питание двигателя осуществляется через автономные выпрямители (В1 — в цепи обмотки якоря и В2— в цепи обмотки возбуждения ОВ), то регулировать частоту вращения можно посредством автотрансформатора AT, на выход которого включен выпрямитель В1. При этом напряжение возбуждения остается неизменным. Этот способ регулирования частоты вращения успешно при­меняется при мощности двигателя до 500—600 Вт. Регулирование частоты вращения изменением доба­вочного сопротивления в цепи обмотки якоря. Этот способ регулирования также позволяет изменять частоту вращения только в сторону уменьшения от номи­нальной и осуществляется посредством реостата Rдоб (см. рис. 6.20). Недостатки рассматриваемого спо­соба: значи­тельные потери на нагрев реостата (Ia^2*Rдоб) — с измене­нием сопротивления доб меняется жесткость механиче­ских характеристик двигателя (см. рис. 6.22, a). Регулирование частоты вращения изменением магнит­ного потока возбуждения. Этот способ регулирова­ния весьма экономичен, так как изменение магнитного потока осуществляется реостатом в цепи обмотки возбуждения, ток в которой у рассматриваемых двигателей в несколько раз меньше тока в цепи обмотки якоря. Способ позволяет изменять частоту вращения в сторону увеличения от номинальной. При увеличе­нии сопротивления реостата rрег (см. рис. 6.20) уменьшается ток в обмотке возбужде­ния Iв, а следовательно, и магнитный поток Ф, что вызы­вает возрастание частоты вращения якоря двигателя. вращения может превышать максимальное значение. Недостаток данного способа регулирования состоит в том, что при изменении потока Ф в значительной степени меняется жесткость механических характеристик двигате­ля (см. рис. 6.22, б). Импульсное регулирование частоты вращения. Цепь обмотки якоря двигателя независи­мого возбуждения периодически подключается к ис­точни­ку напряжения ключом К. При замыкании цепи якоря на время t1 к обмотке якоря подводится напря­жение U=Uном, ток нарастает до значения Imax (рис. 6.25, б). При размыкании ключа ток уменьшается, дос­тигая значения Imin, замыкаясь через диод VD. При следующем замыкании ключа К. ток в якоре вновь дос­тигает значения Imax и т. д. Таким образом, к цепи обмотки якоря подводятся импульсы напряжения, ам­плитудное значение которых равно напряжению U источника. Среднее напряжение, прикладываемое к дви­гателю, В, Uср=Ut1/T=gU, где t1—длительность импульса напряжения; Т—время между двумя следующими друг за другом импульсам напряжения (рис. 6.25, б); g=t1/T— коэффициент управления. Ток в обмотке якоря определяется средним значение Iср=0,5(Imax+Imin). Частота вращения двигателя при импульсном регулировании n=(gU-Ia*суммаr)/(ce*Ф). Импульсное регулиро­вание обеспечивает изменение частоты вращения лишь в сторону уменьшения от номинальной. Для снижения пульсаций тока в цепь якоря включают дроссель L. Частота работы ключа составляет 200—400 Гц.  На рис. 6.25, в показана одна из возможных схем импульсного регулирования напряжения, где в качеств ключа используют тиристор VS. Включается тиристор (что соответствует замыканию ключа) подачей кратко­временного импульса от генератора импульсов ГИ на управляющий электрод УЭ. Цепь из дросселя L1 и кон­денсатора С, шунтирующая тиристор, служит для выключения последнего в интервале между двумя управ­ляющими импульсами. При включении тиристора конденсатор С перезаряжается по контуру С—VS—L1—С и к тиристору прикладывается напряжение, обратное напряжению сети. Время открытого состояния тиристора (с) определяется параметрами цепи L1С: t=p*sqrt(L1C), где L1 —индуктивность дросселя, Гн; С—емкость кон­денсатора, Ф. Среднее значение напряже­ния Uср, подводимого к обмотке якоря, регулируется изменением частоты следования управляющих импульсов. Частота вращения Д с постоянными магнитами регулируется изменением напряжения на обмотке якоря (реостатом Rдоб или импульсным методом) только в сторону уменьшения от номинального значения. Для из­менения направления вращения якоря (реверса) Д необходимо изменить направление тока в обмотке якоря либо в ОВ. При одновременном изменении тока в обеих обмотках якорь не изменяет направления вращения. В Д с постоянными магнитами реверс осуществляется изменением полярности клемм обмотки якоря.

2. Измерительные трансформаторы.

Измерительные трансформаторы. Применяют для расширения пределов измерения измерительных приборов переменного тока. Кроме того, они позволяют полностью изолировать эти приборы от цепи высокого напряжения, в которой производится измерение. Первичную обмотку измерительных трансформаторов включают в сеть, а ко вторичной обмотке подключают измерительные приборы. В сетях высокого напряжения один конец вторичных обмоток и стальные кожухи измерительных трансформаторов заземляют. Измерительные трансформаторы подразделяют на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Трансформаторы напряжения используют для включения вольтметров и параллельных цепей измерительных приборов – ваттметров, счетчиков, фазометров и т. д. Трансформаторы тока применяют для включения амперметров и последовательных цепей других измерительных приборов. Маркировка зажимов трансформатора напряжения аналогична маркировке силовых трансформаторов. Трансформаторы тока маркируются иначе – зажимы первичной обмотки, включаемой последовательно в линию, обозначают буквами Л1 и Л2, а соответствующие зажимы вторичной обмотки – буквами И1 и И2. Маркировка зажимов измерительных трансформаторов  дает возможность правильно включать «полярные» приборы. Измерительные приборы, работающие в комплекте с определенными измерительными трансформаторами, градуируют непосредственно в единицах измеряемых величин. В этом случае на шкале амперметра делают надпись «С тр. Тока I1/I2», а на шкале вольтметра — «С тр. напряжения U1/U2». Трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу. Отличной особенностью работы трансформатора тока является последовательное соединение его первичной обмотки с потребителями энергии: значение первичного тока определяется I1 определяется только током потребителя. В номинальном режиме напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока составляет несколько вольт ввиду малости сопротивлений последовательных цепей измерительных приборов. Этот режим близок к короткому замыканию. Пример включения измерительных приборов совместно с измерительными трансформаторами представлен на рисунке


Билет №17


1.  Механическая характеристика асинхронного двигателя. Естественная и искусственная характеристики.

Графическая зависимость М=f(s) представляет собой механическую хар-ку асинхронного двигателя





Естественной мех-ой хар-ой называется харак-ра полученная для номинальных паспортных данных. Под искуственной механ хар-ой понимают хар-ку полученную при изменении хотя бы одного параметра двигателя. Анализ механ-ой хар-ки показывает что при включении двигателя в сеть, когда вращающееся поле имеет частоту вращения n1, а ротор еще неподвижен (n2=0, s=1), на роторе создается начальный пусковой момент Мп, выражение для которого получим при s=1: Мп=(m1pU21r’2)/(2пf1[(r1+ r’2)2+ (x1+ x’2)2] ). Под действием момента понимают Мп ротор двигателя приводится во вращение, при этом скольжение уменьшается, а вращающий момент увеличивается. При критическом скольжении Sкр момент достигает максимального значения. Критическое скольжение Sкр пропорционально активному сопротивлению обмоток. После достижения моментом значения Mmaxчастота вращения ротора продолжает увеличиваться, а момент уменьшаться. Так продолжается пока электромаг момент не станет равным сумме противодействующих моментов. Из анализа механ хар-ки след что устойчивая работа АД будет при скольжениях S

2.  Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора.

Привенный трансформатор (т-ф).

В общем случае параметры первичной и вторичной обмоток м-т значиительно отличатся друг от друга. Эта разница тем >, чем  > коэф-нт трансформации т-ф. Это затрудняет расчёт и анализ работы т-ф. Устраняется это путёь приведения всех прараметров т-ф к одинаковому числу витков, напр. К числу витков w1, т. обр. вместо реального т-ф, у кот коэф-т т-ф определён как n=w2/w1 получим эквив. Т-ф с коэф-том n=w2/w1=1 Такой т-ф наз. приведённым, при этом имеется ввиду, что приведение вторичных параметров  не должно отразится  на энергетических показателей т-ф, т. е. Все мощности и фазовые сдвиги во вторичной обмотке приведённого т-ф д-ны остаться такими же, какими они были  до приведения.

  Напр. млекромагн. мощн. т-ф

E2*I2=E2’*I2’    I2’= I2*w2/w1    E2’= E2*n

Аналогично: U2*I2= U2’*I2’      U2’= U2*n

(I2*I2)*R2=(I2’*I2’)*R2’  следов.  R2’= R2*n*n

из равенства реактивных потерь: (I2*I2)*X2=(I2’*I2’)*x2’     X2’= X2*n*n

Z2’= R2’+j* X2’

Z2’=Z2*n*n      Zн’=Zн*n*n

Для приведённого т-ф м-но записать сист. урав.

1           U1=-E1+I1*R1+I1*j*X1

2           U2’=E2’-I2’*R2’-I2’*j*X2’

3           I1=I0+(-I2’)

  Эти уравнения б-т соотв след. эквив. схеме:
     Электрическая схема замещения приведённого т-ф.

     Для облегчения исследования трансформатора  и их рассчётов примен. также схему замещения приведённого т-ф. Рассмотим эквивал. Схему приведённого т-ф. В этой схеме сопр. Обмоток R1,X1,R2’,X2’ показаны вынесенными за саму обмотку и включены последовательно, причём n’=1 след. что потенциал т-к А и а и т-к Х и х  соотв. Равны между собой, т.к. ЭДС  Е1=Е2’  Это позвол. Нам элекрически соеденить эти т-ки

И заменяем магнитную связь т-ф электич. цепью.

Т – обарзная схема замещения приведённого т-ф

 Эта схема имеет электрическую ветвь R0, X0 заменяющая магн. цепь т-ф. Она полностью соотв. Ур-ям электрич. сост. т-ф.

  Схема вкл. след. ветви:

     первичная ветвь с сопр. Z1=R1+j*X1

     намагн.  ветвь с сопр.     Z0=R0+j*X0

     вторичная ветвь              Z
2’=R2’+j*X2’

     и сопр. нагрузки              Z
н’=Rн’+/-j*Xн’

(+/-) – плюс- минус

Изменяя сопр. нагрузки Zн’ м-но воспроизвести все режимы работы т-ф. Параметры намагн. ветви (R0,X0) определяются из опыта ХХ, причём активное сопр. R0 обусл. наличием магн. потерь. Все другие параметры т-ф явл. постоянными и м-т б. определены из опытов ХХ и КЗ
 




Билет №18


1. Пуск двигателей постоянного тока. Пусковые характеристики.

Ток в цепи якоря двигателя определяется выраже­нием Ia=(U-Ea)/суммаr. При включении двигателя в сеть в начальный момент времени частота вращения n=0, поэтому противо-ЭДС Еа=0. Начальный пусковой ток в цепи якоря Iп=U/суммаr. Так как сопротивление обмоток в цепи якоря обычно невелико, то начальный пусковой ток Iп достигает боль­ших значений по сравнению с номинальным током двига­теля (Iп/Iном=3—15). Меньшая кратность пускового тока относится к двигателям малой мощности (до 600— 1000 Вт), большая—к двигателям средней и большой мощности. Бросок начального пускового тока в двигателях малой мощности не вызывает опасных последствий, так как кратность тока сравнительно невелика, продолжитель­ность процесса пуска небольшая. Последнее объясняется малыми значениями моментов инерции вращающихся масс якоря и связанного с ним рабочего механизма. Поэтому двигатели малой мощности пускают в ход непо­средственным включением в сеть. У двигателей большей мощности кратность пускового тока гораздо больше, время разгона якоря продолжительнее (из-за повышен­ного значения момента инерции вращающихся масс якоря и рабочего механизма). Большая кратность пус­кового тока вызывает интенсивное искрение на коллек­торе. Значительный пусковой ток может привести к рез­кому падению напряжения в питающей сети (если мощ­ность сети недостаточна), что неблагоприятно отразится на работе других потребителей, включенных в эту сеть. Поэтому при пуске двигателей мощностью более 1 кВт принимают меры для ограничения пускового тока: обыч­но это пусковые реостаты ПР, включенные последова­тельно в цепь якоря двигателя. Реостат ПР представляет собой добавочный резистор. Наибольшее применение получили трехзажимные пусковые реостаты рис. 6.19,
которые имеют шесть контактов. Медная шина Ш соединена с зажимом М, к которому подключают обмотку    возбуждения. Благодаря шине Ш нап­ряжение на обмотке воз­буждения не зависит от положения рычага Р. Ры­чаг связан с плюсовым выводом источника пита­ния, имеет скользящий контакт с шиной Ш, так что положение рычага на любом из контактов от 1 до 5 не влияет на ток возбуждения. Перед пуском двигателя рычаг Р устанавливают на контакте 0, включают рубильники и переводят рычаг на контакт 1. Цепь якоря через наибольшее сопротивление пускового реостата rпр=r1+r2+r3+r4 подключается к источнику. Одновременно в обмотке возбуждения появ­ляется ток, и двигатель под действием пускового момента приводится во вращение. Начальный пусковой ток, А, Iп=U/(суммаr+rпр). Сопротивление гпр подбирают таким, чтобы кратность начального пускового тока не превышала 2—4. По мере разгона якоря увеличивается противо-ЭДС Еа и умень­шается ток в цепи якоря. Для обеспечения эффективно­сти пуска рычаг Р постепенно переводят на контакты 2, 3, 4 и, наконец, 5, т. е. уменьшают сопротивление ПР до rпр=0. Рычаг Р следует перемещать медленно, чтобы не вызвать чрезмерного увеличения пускового тока. Од­нако и длительная задержка рычага на промежуточных контактах может вызвать перегорание какого-либо из сопротивлений r1-r4, рассчитанных на кратковременное протекание тока. В двигателях независимого и последо­вательного возбуждения при включении ПР используют только две клеммы: Л и Я. Так как вращающий момент двигателя М прямо про­порционален магнитному потоку Ф, то для облегчения пуска в цепи возбуждения двигателей незави­симого и параллельного возбуждения следует полностью вывести реостат (rрег=0). Поток возбуждения в этом случае приобретает наибольшее значение, и двигатель развивает необходимый пусковой момент. Пусковые характеристики определяют работу Д от включения до перехода к установившемуся режиму работы. Они оценивают кратность пускового тока Iп/Iн, кратность пускового момента Мп/Мн, времени пуска и экономичностью пусковой операции. Рабочие и механические характеристики определяют зависимость скорости вращения n, полезного момента М, тока Iи КПД от полезной мощности Д Р при U=Uн=const, Rp=constи при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря. Механические характеристики представляют собой зависимость n=f(M) при U=const, Rp=const, Rдоб=const. Регулировочные характеристики определяются характером (плавный или ступенчатый), пределами и экономичностью регулирования. РХ называют зависимость скорости вращения Д от напряжения, подведенного к якорю при неизменном вращающем моменте. Они изображаются в координатах n=f(U) или w=f(U).

2. Изменение вторичного   напряжения   трансформатора.   Внешняя   характеристика трансформатора.
Из уравнения напряжений для вторичной обмотки трансформатора следует, что с изменением тока нагрузкиI2 напряжение на выходе трансформатора U2 также изменяется, что обусловлено главным образом изменениями падений напряжения jI2x2 и I2r2. Изменение вторичного напряжения U2 при переходе трансформатора от режима холостого хода к режиму нагрузки выражают в процентах от номинального напряжения, за которое в трансформаторе принимают напряжение холостого хода U20. dU%=(U20-U2)*100/U20. С точностью, достаточной для практических расчетов, dU% представим в виде dU% = b(uкa*cosj2+uкр*sinj2), где uка=uk*cosjк — активная составляющая напряже­ния короткого замыкания; ukр=uк*sinjк — реактивная составляющая напряжения короткого замыкания; j2 — угол сдвига фаз между током нагрузки I2 и напряже­нием U2. Изменение вторичного напряжения зави­сит не только от величины нагрузки b, но и от ее харак­тера т. е. коэффициента мощности cosj2. Зависимость напряжения на вы­ходе трансформатора от тока на­грузки U2=f(I2), представленная графически, называется внешней ха­рактеристикой  трансформатора (рис. 1.6).

Для построения этой ха­рактеристики воспользуемся фор­мулой U2*=1-10^-2*dU% или U2=1— b10^-2(uкa*cosj2+uкр*sinj2), где U2*=U2/U20 — напряжение на выходе трансформа тора в относительных единицах. При изменениях нагрузки в

пределах номинальной (b
--PAGE_BREAK--
Билет№19


1.Построение механической характеристики асинхронного двигателя по паспортным данным.

На практике широко используют приближенное аналитическое выражение механической характеристики. Электромагнитный момент асинхронного двигателя М=DРэл2/(w1*s)= m2*I2^2*R2/(w1*s)=m2*s*E2^2*R2/(w1(R2^2+s^2*X2^2). Принимая приближенно E2=const, т. е. считая, что магнитный поток машины при изменении нагрузки не меняется, и приравнивая нулю производную dM/ds,можно найти критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту: sкр=±R2/X2,(*) и соответственно максимальный момент Ммакс= ± m2*Е^2/(2w1*X2). после преобразования получим М/Ммакс=2/(sкр/s+s/sкр) (**). Формула(*) является приближенной и, конечно, дает погрешность, так как не учитывает падение напряжения в обмотках статора особенно велика погрешность при переходе из двигательного режима в генераторный, где разница в моментах может достигать трехкратной. Однако  для исследования одного режима выведенная формула дает приемлемую точность. Объясняется это тем, что в области малых скольжений от s= 0до sкpмагнитный поток изменяется незначительно и следовательно, в этой области формула не может дать большой погрешности, тем более, что точки приs=О и sкр являются фиксированными. При скольжениях, близких к единице, формула(**)  казалось бы должна давать завышенные значения момента, так как при больших токах сильнее сказывается падение напряжения в статоре. В  реальных машинах при скольженьях, близких к единице, уменьшается сопротивление Х2 из-за явления вытеснения тока в проводниках ротора, что ведет к увеличению момента. В результате оказывается, что погрешность, обусловленная пренебрежением падения напряжения в статоре, и погрешность, вызванная изменением параметров ротора, взаимно противоположны, вследствие чего точность  приближенной формулы(**) достаточна для практических целей.

2. Электроизмерительные приборы индукционной системы.

Индукционный механизм состоит из двух неподвижных магнитопроводов Эuи Эiс обмотками и неподвижного алюминиевого диска Д, укрепленного на оси. Магнитные потоки Фu(t)=k1*iu=k1*Imu*sinwtи Фi(t)= k2*i= k2*Im*sin(wt-Y) создаваемые синусоидальными токами iu, iи пронизывающие диск, смещены в пространстве. При этих условиях в диске образуется стоячая волна магнитного поля, одна из составляющих которой создает бегущее магнитное поле, под влиянием которого диск приходит во вращение. Средний вращающий момент Mвр.ср.=1/T*òT0 k*iu*idt=k3*w*Iu*I*sinY. Вращающий момент относительно оси диска пропорционален частоте, произведению действующих значений токов и косинусу угла сдвига – фаз между токами I, Iu. Магнитный поток ФLне пронизывает диск и служит для получения необходимого сдвига фаз напряжения Uи магнитного потока Фu. Тормозной момент Mт создается с помощью постоянного магнита ПМ, который охватывает край диска. При вращении диск пересекает магнитные линии и в силу закона Ленца в нем наводятся вихревые токи, стремящиеся препятствовать движению диска. Тормозной момент пропорционален скорости вращения диска: Mт=kт*da/dt. При равенстве вращающего и тормозного моментов диск вращается равномерно с угловой скоростью W=da/dt=k3/kт*Iu*I*siny. Индукционные приборы используют главным образом в качестве однофазных и трехфазных счетчиков количества энергии переменного тока.





Билет №20


1. Двигатели постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждение; Характеристики,

Схема двигателя последовательного возбуждения приведена на рис а.

В этом двигателе ток якоря и ток возбуждения один и тот же. Ток якоря электродвигателя зависит от нагрузки на валу. Поэтому с изменением нагрузки в двигателе изменяются магнитные потоки полюсов, а следоват., скорость.

Механическая хар-ка двигателя «мягкая» (рис ).

При нагрузках, близких к номинальной, магнитная система двигателя насыщается, Ф=const  и гипербола переходит в наклонную прямую.Пусковой момент при безреостатном пуске и номинальном напряжении был бы очень велик.

При пуске с реостатом Rп, ограничивающим пусковой ток и момент до допустимых значений Iп и Мп, пусковая характеристика( кривая 2 на рис) несколько опускается. Пуск двигателя без нагрузки недопустим, т.к. это приводит к аварии- скорость якоря двигателя превышает допустимую( двигатель идет «вразнос»). Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения производят 3-мя способами.1)Реостатное регулирование (Rд)в цепи рабочего тока дает снижение скорости; неэкономично.2)Безреостатное ступенчатое изменение напряжения на тяговых двигателях электротранспорта достигается групповым параллельным или последовательным подключением их к сети.3)Полюсное рег-е в двигателе послед. возбужд. Осущ-ся шунтированием обмотки возбуждения реостатом (РВ см. рис а). Ум. тока возбуждения приводит к увеличению скорости при небольших нагрузках.  Схема двигателя смешанного возбуждения приведена на (рис  б)

На каждом полюсе такого двигателя имеются по две катушки: одна принадлежит параллельной, другая последовательной обмотке. В этих двигателях последовательную обмотку вкл. в цепь тока якоря сокласно с параллельной, т.е. так, что создаваемые ими маг. потоки Ф1(I) и Ф2=constоказываются направленными одинаково и склад.

Ф=Ф1(I)+Ф2. С ув. нагрузки на валу возрастает ток якоря и поток послед. обмотки. Результ. поток и момент ув., скорость несколько снижается. Мех. хар-ки приведены на рис.

Смешанное возбуждение (СВ) дает двигателю преимущества разных способов возбуждения и «устраняет» недостатки. Например, двигателю не угрожает  «разнас» из-за вспомогательной параллельной обмотки. Двигатели смешанного

возбуждения имеют наиб. пусковой момент. Для двигателя смешанного возбуждения применяют чаще всего полюсное и якорное рег-е, при котором обмотку параллельного возбуждения (ПВ) переключают на независимый источник питания.

2.Спосбы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Частота вращения асинхр. двигателя опред. по ф-ле:n2=n1(1-s)=60*f1(1-s)/p,  из которой следует три принципиально возможных метода регулирования АД- изменение частоты f1, числа полюсов 2pи скольжения s. Скольжение обычно изменяют путем изменения потерь в цепи ротора с помощью реостата, но в некоторых случаях для этого изменяют вел-ну питающего напряжения. Частотное регулирование. Этот способ регулирования частоты вращения позволяет применять наиболее надедные и дешевые АД с короткозамкнутым ротором. Однако для изменения частоты питающего напряжения требуется наличие источника эл. тока переменной частоты. Регулирование путем изменения числа полюсов. Такое рег-е позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. На рис С-4.35 показана простейшая схема (для одной фазы), позволяющая изменить число полюсов обмотки статора в2 раза. Для этого каждую фазу обмотки статора разделяют на две части. Которые переключают с послед. соед-я на параллельное. Из рис. Видно, что при включении катушек 1-2 и 3-4 в две параллельные ветви число полюсов уменьшается в 2 раза, а следовательно, частота вращения маг. поля ув. в 2 раза. При переключении число послед. вкл. витков в каждой фазе ум. в 2 раза, но так как частота вращения ув. в 2 раза, ЭДС, индуцируемая в фазе остается неизменной. Следовательно, двигатель при обеих частотах вращения может быть подключен к сети с одинаковым напряжением. Чтобы не осуществлять переключения в обмотке ротора, последнюю выполняют короткозамкнутой. Если нужно иметь 3 или 4 частоты вращения, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении кот. можно получить дополнительно 2 частоты. АД с переключением числа полюсов называют многоскоростными. Многоскоростные двигатели имеют след. недостатки: большие габариты и массу по сравнению с двигателями нормального исполнения, а следовательно и большую стоимость. Кроме того рег-е осущ-ся большими ступенями; при частоте f1=50 Гц частота вращения поля n1 при переключениях изменяется в отношении 3000:1500:1000:750.Регулирование путем включения реостата в цепь ротора. При включении в цепь ротора добавочных активных сопротивлений Rдоб1, Rдоб2, Rдоб3 и других изменяется форма зависимости М=f(s) и механической хар-ки n2=f(M) двигателя (рис С-4.37, а).
 При этом некоторому нагрузочному моменту Мн соответствуют скольжения s1, s2, s3, …, большие, чем  скольжения sе, при работе двигателя на естественной характеристике (при Rдоб=0). Следовательно, установившаяся частота вращ-я двигателя ум. от neдо n1, n2, n3, … (рис С-4.37, б).Этот метод рег-я может быть использован  только для двигателей с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах. Недостатками его явл.:1)большие потери энергии в регулировочном реостате;2) чрезмерно «мягкая» механическая хар-ка двигателя при большом сопротивлении в цепи ротора. В некоторых случаях это недопустимо, т.к. небольшому изменению нагрузочного момента соотв. существен. Изменение  частоты вращения. Регулирование путем изменения величины питающего напряжения. Для двигателей нормального исполнения такое регулирование не неприменимо. Т.к. при уменьшении питающего напряжения резко уменьшается максимальный момент (рис С-4.38). Рассматриваемый метод можно использовать для регулирования двигателей с большим активным сопротивлением ротора, т.к. в этом случае скольжение sкр резко возрастет и максимум момента сдвигается в зону, близкую к s=1 (кривые1’,2’,3’) и даже в область, где s>1. Однако, это ведет к значительному ув.  потерь мощности и снижению КПД, поэтому такой метод можно применять только в микродвигателях, для которых вел-на КПД не имеет решающего значения.Изменение направления вращения. Для изменения направления вращения ротора электродвигателя надо изменить направление вращения маг. поля. Для этого необходимо изменить порядок чередования тока в фазах обмотки статора. В трехфазных машинах это осущ-ся путем переключения двух любых проводов, подводящих ток из трехфазной цепи к фазам этой обмотки.(рис, а и б).





Билет №21


 1.Приведенный трансформатор. Схема замещения. Векторная диаграмма.

В общем случае параметры 1-ой и 2-ой обмотки отличны друг от друга, причём это отличие тем больше, чем больше коэффициент трансформации трансформатора. Это затрудняет расчёт и построение векторных диаграмм. Для устранения этого несоответствия все параметры трансформатора приводят к одинаковому числу витков, например к w1, т.е. n=w1/w2. n'=w1/w’2 при этом w2’=w1, n’=1. Этот трансформатор называется приведённым. Имеется ввиду, что приведение вторичных параметров не должно изменить энергетических показателей трансформатора, т.е. все мощности и фазовые сдвиги во 2-ой обмотке приведённого трансформатора остаются такими же что и у реального. Пример: Е2I2=E2'I2'; I2’=I2*(w2/w1), подставив полученное уравнение пересчитаем ЭДС через приведённый трансформаторÞЕ2’=E2*n

U2I2=U2’I2’ ÞU2’=U2*n

I22R2=I2’2R2’ ÞR2’=R2*n2

I22X2=I2’2X2’ ÞX2’=X2*n2

                           Zн’= Zн*n2

Электрическая составляющая привед. трансформатора определяют следующие формулы:1-ая цепьìU
1=-E
1+I
1R1+I
1jX1

                                                   îI1=I0+(-I2’)

2-аяцепьU2’=E2’-I2’R2’-I2’jX2’=I2Zн’,

Схема замещения трансфор-ра.

Для облегчения исследования трансформатора в различных режимах работы, а также расчёта применяется схема замещения трансф. Обратимся к предыдущему рисунку, здесь R1X1 и R2’X2’ условно вынесены за обмотку, т.к. по условию привед-ого трансф-ра коэф. трансф-ции n’=1, очевидно E1=E2’,Þпотенциалы точек А и а  и соответственно потенциалы точек Xи xодинаковы, что позволяет представить эту схему в виде Т-образной схемы замещения.

 





Эта схема имеет ветвь с параметрами RX, которыми заменили магнитную связь с цепями трансформатора. Эта схема удовлетворяет системе уравнений электрических составляющих приведенного трансф-ра и включает в себя 3ветви:

1.)         Первичная ветвь z1=R1+jX1

2.)         Магнитная ветвь z=R+jX

3.)         Вторичная ветвь ìz2’=R2’+jX2’

               îZн’=Rн’+jХн’

Параметры 2.)                определяются в режиме х.х.

Векторная диаграмма трансформатора под нагрузкой.

Графическое отображение основных уравнений приведённого трансф-ра. Построение начинается с вектора амплитудного значения основного магнитного потока: Фcм= ((0,9…0,95)U1)/(U1Unfw) Строим вектор намагн. Тока I, этот вектор опережает магн. Поток на угол магнитного запаздывания. ЭДС:E1=E2 отстают на угол 900(для приведённого трансформатора они равны). Строим вектор приведённого тока I2’. Этот вектор отстаёт от ЭДС (для RL  нагрузки) на Ðy2=arctg(X2’+Xн’)/(R2’+Rн’) Определим положение вектора U2’. Обратимся к уравнению для электрической составляющей для вторичной цепи: U2’=E2’-I2’R2’-I2’jX2’ Проводим перпендикуляр к вектору I2’ от конца вектора Е1 откладываем на нём “-I2’jX2”, затем со знаком “-” параллельно I2’ “I2’R2’” и от нуля до конца вектора –I2’R2’ и получаем U2’ Вектор от конца U2’ до конца E1(-I2’Z2’) А треугольник называется падением напряжения во вторичной обмотке трансформатора Ðf2=(I2’^U2’) Ðf2=arctg(Xн’/Rн)

Ðy2=arctg(X2’+Xн’)/(R2’+Rн’)

U1’=-E1’+I1’R1’-I1’jX1’    продолжение
--PAGE_BREAK--
2.Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя. КПД двигателя.

Асинхронный двигатель потребляет из сети активную мощность P1=m1U1I1cosφ1. часть этой мощности теряется в виде электрический потерь pэл1в активном сопротивлении первичной обмотки: pэл1=m1I21r1, а другая часть – в виде магнитных потерь pмг1=m1I2мrмв сердечнике статора. Оставшаяся часть мощности Pэм=P1— pэл1— pмг1представляет собой электромагнитную мощность, передаваемую посредством магнитного поля со статора на ротор. На схеме замещения этой мощности соответствует мощность в активном сопротивлении вторичной цепи r’2/S. Pэм= m2I22r2/S. Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь pэл2=m2I22r2в активном сопротивлении вторичной обмотки r’2. Остальная часть мощности Pмх= Pэм-pэл2превращается в механическую мощность развиваемую на роторе. Pмх= m2I22r2(1-S)/S  Часть механической мощности теряется внутри самой машины в виде механических потерь pмх(на вентилятор, трение и т.д.), магнитных потерь сердечнике ротора pмг2и добавочных потерь pд. Последние вызваны высшими гармониками магнитных полей, которые возникают ввиду наличия высших гармоник обмоток и зубчатого строения статора и ротора. Во-первых, высшие гармоники поля индук­тируют э. д. с. и токи в обмотках, в связи с чем появляются доба­вочные электрические потери. Эти потери заметны по величине только в обмотках типа беличьей клетки. Во-вторых, эти гармоники поля обусловливают добавочные магнитные потери на поверхности (поверхностные потери) и в теле зубцов (пульсационные потери) статора и ротора. Вращение зубцов ротора относительно зубцов статора вызывает пульсации магнитного потока в зубцах, и поэтому соответствующая часть потерь называется пульсационными потерями. Магнитные потери в сердечнике ротора при нормальных рабочих режимах обычно очень малы и отдельно не учи­тываются. Добавочные потери трудно поддаются расчету и эксперимен­тальному определению. Поэтому, согласно ГОСТ183—66, их при­нимают равными0,5% от подводимой мощности при номинальной нагрузке, а при других нагрузках эти потери пересчитывают про­порционально квадрату первичного тока. Отметим, что в обмотках возникают также добавочные потери от вихревых токов в связи с поверхностными эффектами. Однако эти потери в случае необхо­димости учитывают соответствующим увеличением сопротивлений r1 и r2 и поэтому в величину pдне включают.Сумма потерь двигателя p∑= pэл1+ pмг+ pэл2+ Pмх+ pд

P2=P1— p∑К.П.Д. η=P2/P1=1- p∑/P1


Билет №22


1. Электромагнитный момент асинхронного двигателя. Вывод формулы момента.

асинхронного двигателя пропорционален его электромагнитной мощности, Н*м М=Рэм/w1, где w1=2пиf1/p—угловая синхронная частота. Электромагнитная мощность  Pэм=Pэ2/s=m2*r2*I2^2/s, или Pэм=m1*I'2^2*r'2/s, где r'2-приведенное активное cопротивление обмотки ротора; r'2=r2*kz, kz=m1*w1^2*kоб1^2/(m2*w2^2*kоб2^2) - коэффициент приведения соп­ротивлений обмотки ротора. Приведенный ток ротора прямо пропорционален на пряженик) сети, А: I2=U1/sqrt((r1+r'2/s)^2+(x1+x'2)^2), где x'2=x2*kz—приведенное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора. Запишем зависимость электромагнитного момента асинхронного двигателя от скольжения, Н*м:  T.к.   r1, r'2, x1 ux'2 при работе Д с различными частотами вращения ротора (скольженьями s) остаются приблизительно одинако­выми, а также неизменными остаются и параметры пи­тающей сети U1 и fi, тоМ=… дает возможность устано­вить зависимость электромагнитного момента М от скольженияs. Графическая зависимость М=f(s)пред­ставляет собой механическую характеристику АД (рис.3.7).





Анализ механической характеристики показывает, что при включении двигателя в сеть, когда вращающееся поле имеет частоту вращения n1, а ротор еще неподвижен (n2=0, s=1), на роторе создается начальный пусковой момент Мп, выражение для которого получим изприs=1: Под действием момента Мп ротор двигателя приво­дится во вращение, при этом скольжение уменьшается, а вращающий момент увеличивается. При критическом скольжении sкр момент достигает максимального значе­ния. Критическое скольжение sкр пропорционально актив­ному сопротивлению обмотки ротора: sкр=r'2/(x1+x'2).

Максимальный электромагнитный момент асинхрон­ного двигателя, Нм,  После достижения моментом значения Мmaxчастота вращения ротора продолжает увеличиваться, а момент— уменьшаться. Так продолжается до тех пор, пока электромагнитный момент М не станет равным сумме противодействующих моментов: М=Мо+М2=Мст, где Мо— момент холостого хода, М2—полезный нагрузочный момент, создаваемый рабочей машиной, приводимой во вращение двигателем. Пусть M2 соответствует номинальной нагрузке дви­гателя, тогда установившийся режим работы двигателя определится точкой на механической характеристике с координатами М=Мном и s=sном, где Мном и sном—но­минальные значения электромагнитного момента и сколь­жения. Из анализа механической характеристики следует, то устойчивая работа асинхронного двигателя будет при скольжениях s

2. Дугогасительные устройства.
Билет №23


1.    Исполнительные асинхронные двигатели. Принципы управления исполнительными асинхронными двигателями.                       

Двухфазные асинхронные двигатели получили наи­большее применение в качестве исполнительных двига­телей. На статоре такого двигателя расположена двух­фазная обмотка. Одна из обмоток фазы статора — это обмотка возбуждения 0В. Она постоянно включена в сеть переменного тока на неизменное на­пряжение U1. Другая обмотка фазы статора — это об­мотка управления ОУ, на нее подают сигнал управления напряжением Uy от блока управления БУ Для работы асинхронного исполнительного двигателя необходимо, чтобы обмотка статора создавала вращаю­щееся магнитное поле. Условие возникновения такого поля — наличие в двигателе пространственного и вре­менного сдвига МДС обмоток фазы статора. Пространственный сдвиг МДС обеспечивается конструк­цией двигателя: обмотки фазы статора расположены так, что их оси сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 90 эл. град. Временной (фазовый) сдвиг МДС создается включением обмоток статора по специальным схемам, содержащим фазовращатель или фазосдвигающий конденсатор в цепи одной из обмоток фазы. Для управления асинхронными исполнительными дви­гателями применяют три способа: амплитудный, фазо­вый и амплитудно-фазовый.
 При амплитудном управлении напряжение управле­ния Uу независимо от его значения имеет фиксиро­ванный фазовый сдвиг на 90° относительно напряже­ния U1. Управление исполнительным дви­гателем выполняется

путем изменения значения (ампли­туды) напряжения управления. Изменение частоты вращения и электромагнитного момента вызвано тем, что при равенстве МДС обмоток фазы статора (Fу = fв) вращающееся поле в двигателе круговое, а при изменении напряжения Uy равенство нарушается, поле становится эллиптическим и на ротор двигателя действу­ют не только прямой (вращающий), но и обратный (тормозящий) момент. Реверс двигателя при амплитудном управлении достигается изменением фазы Uy на 180°. Относительное значение напряжения управления при амплитудном управлении определяется эффективным коэффициентом сигнала aе=k Uу/U1, где к=kобв*wв/(кобу*wу), кобв и koбу — обмоточные коэффициенты обмоток возбуж­дения и управления; wв и wу число витков в этих обмотках. Круговое вращающееся поле статора соответствует ае=1. При фазовом управлении напряжение управления имеет постоянное значение (амплитуду)  Uy=U1/k, управление двигателем выполняется путем изменения угла фазового сдвига этого напряжения относительно U1 в диапазоне b=0 —90° (рис. в). Коэффициент сигнала при фазовом управлении а = sinb. При фазовом сдвиге между напряжениями Uу и U1 на угол b= 90° вращающееся поле статора круговое и а=1. Если b

2. Электроизмерительные приборы с электромагнитным измерительным механизмом.

Электромагнитный механизм состоит из неподвижной катушки и укрепленной на оси подвижной пластины из магнитомягкого материала. При подаче в катушку постоянного тока создается магнитное поле, которое намагничивает пластину, стремящуюся втянуться внутрь катушки. Возникающий вращающий момент пропорционален квадрату тока:   Mвр»C*I2. При подаче в катушку синусоидального тока i=Im*sinwtвозникает вращающий момент, мгновенное значение которого пропорционально квадрату мгновенного значения тока:  врt»C*i2. Подвижная часть механизма обладает инерцией и поэтому реагирует на значение момента Mвр:    Mвр»1/T*òT0 C*i2 dt»C*I2.

Вращающий момент механизма в цепи переменного тока пропорционален квадрату действующего значения тока:  I=Ö(1/T*òi2 dt). Угол отклонения подвижной части и указателя a, укрепленного на оси, также пропорционален квадрату тока: a»C2*I2. Квадратичная шкала очень неудобна, поэтому ее стараются сделать более равномерной, подбирая соответствующую форму ферромагнитной пластины. При этом удается получить шкалу, которая неравномерна только в начальной части. Кроме механизма с плоской катушкой применяют механизмы с круглой катушкой и с магнитопроводом. Последний усиливает магнитное поле катушки и устраняет влияние внешних магнитных полей. Электромагнитные приборы, в которых используются электромагнитные механизмы, применяют для измерений в цепях постоянного и переменного токов в качестве амперметров и вольтметров, а также фарадметров и фазометров. Амперметры изготавливают однопредельными и многопредельными путем секционирования катушки. Вольтметры обычно выполняют на несколько пределов измерения с использованием ряда добавочных резисторов.
Билет №24


1. Гистерезисный двигатель.

это синхронный   двигатель, вращающий момент которого создается за счет магнитного гистерезиса материала ротора. Статор такого двигателя имеет обычную трехфазную или двухфазную обмотку с конденсаторами, которые создают вращающееся магнитное поле, а ротор представляет собой  стальной цилиндр, выполненный из магнитно – твердого металла ( имеющую широкую петлю гистерезиса) без обмотки т.к применение обычной электротехн стали не уместно т.е не позволяет получить достаточно большой электромагнитный момент. Для экономии дорогих спец сплавов роторы изготавливают в виде массивного или шихтованного из отдел пластин кольца кобальтовой стали. Ротор гистерезисного двигателя намагнич-ся под действием магнитного поля статора. При синхронной частоте вращения ротор неподвижен относит. вращ магнитного поля статора и ось магнитного поля ротора отстает отоси поля статора на угол θг и возникают тангенциальные составляющие. Магнитное значение угла θг определ только св-ми материала ротора. При пуске двигателя когда частота вращения ротора не равна n1, кроме гистерезисного момента Мг появляется также асинхронный момент  Мас возникающий в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с вихревыми токами, индуцируемыми этим полем в роторе. Результ момент равен Мрез=Мг+Мас. Гистерезисные двигатели могут работать как в синхронном, так и в асинхронном режимею  Однако работа двигателя в асинхронном режиме не экономична т.к при этом возникают значительные потери энергии в роторе. Одной из разновидностью ГД яв-ся двигатель с экранированными полюсами. Ротор в таком двигателе вращается в одну сторону от экранированной части полюса к неэкранированной. Достоинством ГД яв-ся простота конструкции, надежность в работе, малый пусковой момент, высокий КПД –60%, бесшумность. К недостаткам относится повышенная стоимость и склонность к качаниям при резких изменениях нагрузки.                  

2. Нагрев и охлаждение электрических машин. Режимы работы и выбор двигателя по мощности.

Все виды потерь мощности в двигателе преобразуются в теплоту, которая частично отдаётся в окружающую среду, а частично на нагревание двигателя. В начальный период работы двигатель имеет температуру окружающей среды и вся теплота выделяемая в двигателе идет на повышение его температуры. По мере повышения температуры двигателя количество теплоты рассеиваемое в окр среду увеличивается, когда превышение температуры двигателя над темп окр среды достигнет t(уст), то вся теплота, выделяемая в двигателе будет рассеиваться в окр среду при этом дальнейшее повышение температуры двигателя прекратится т.е. наступит режим теплового равновесия. Зависимость превышения температуры двигателя над температурой окр среды от времени выражается равенством t=t(уст)*(1-е-t/Tн)

Тн- постоянная времени нагревания. Кривая нагревания t=f(t) имеет вид



Видно, что двигатель достигает установ тем-ры только по истечению длительного времени. Проведя касательную к кривой нагревания в её начальной части получим отрезок равный в масштабе температур постоянной нагревания Тн, представляющей собой время за которое двигатель нагревается до тем-ры равной 0,632t(уст). Двигатель достигает t(уст) по истечении времени t=(3..5)Тн. Изменение температуры в процессе охлаждения двигателя происходит согласно закону t=t(уст)*e-t/T. По способу охлаждения двигатели разделяют на двигатели с естественным охлаждением и с искусственным. Двигатели с естест охлаждением не имеют вентиляторов и каких либо других устройств, способствующих интенсивному охлаждению. В двиг с искусст охлаждением на валу расположен центробежный вентилятор, который вращается и создает движение воздуха, который охлаждает открытые части двигателя. Существует 3  основных номинальных режима работы двигателя, различ характером изменения нагрузки. 1) Продолжительный номинальный режим. Режим работы при неизменной номинальной нагрузке Рном, продолжающийся столько времени, что тем-ра нагрева всех частей машины достигает уст значений. Условное обозначение режима S1.



2) Кратковременный номинальный режим. Режим работы при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя. При этом за период нагрузки двигатель не достигает t(уст). А за период отключения двигатель успевает охладиться до тем-ры окр среды. Условное обозначение режима S2.



3) Повторно- кратковременный. Режим работы при котором кратковременные периоды номинальной нагрузки двигателя tн чередуются с периодами отключения двигателя (паузами) tп. Причём за время tн двигатель не успевает достичь уст значения температуры. А за время tп не успевает охладится, до тем-ры окр среды. Общее время работы двигателя в этом режиме работы разделяется на периодически повторяющиеся циклы tц=tн+tп. Условное обозначение режима S3. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью вкл в % ПВ=(tн/tц)*100%.



Кроме рассмотренных 3 ном режимов существуют ещё 6 повторно- кратковременных и перемежающихся режимов.    продолжение
--PAGE_BREAK--