![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Роль машин переменного тока в генерировании и потреблении электрической энергии. Принцип работы и устройство машин переменного тока.
Машины переменного тока делятся на синхр. и асинхр. коллекторные машины переменного тока. Асинхронные машины наибольшее распространение получили как двигатели. Это основной двигатель, применяемый в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Электротехническая промышленность выпускает асинхронные двигатели в большом диапазоне мощностей. В генераторном режиме асинхронные машины применяются редко. Для создания поля в зазоре асинхронной машины необходима реактивная мощность, которая забирается из сети или от других источников реактивной мощности. Асинхронные двигатели не могут работать с cosф= l. Это существенный недостаток асинхронных машин, ограничивающий их применение в генераторном режиме. Наиболее распространенным режимом работы синхронных машин является генераторный режим. Синхронные генераторы — самые мощные электрические машины, созданные человеком. На тепловых и атомных электростанциях эксплуатируются турбогенераторы мощностью 1200 МВт'на 3000 об/мин и 1600 МВт на 1500 об/мин. В режиме двигателя синхронные машины используются в качестве приводных двигателей мощных насосов, вентиляторов, воздуходувок. Синхронные микродвигатели широко применяются в различных электроприводах. Одним из основных достоинств синхронных машин является то, что они могут быть источниками реактивной мощности. Если асинхронные машины для создания поля потребляют из сети реактивную мощность, то синхронные машины в зависимости от степени возбуждения выдают в сеть или потребляют из сети реактивную мощность. Синхронные машины, работающие в режиме генераторов или потребителей реактивной мощности, называются синхронными компенсаторами. Принцип работы и устройство асинхронных машин. Устройство. Неподвижная часть машины называется статором, а подвижная часть – ротором. Сердечники статора и ротора асинхронных машин набираются из листов электротехнической стали, которые покрываются изоляционным лаком. Сердечник статора закрепляется в корпусе, а сердечник ротора – на валу или на ободе с крестовиной и втулкой, одетой на вал. На внутренней поверхности статора и на внешней поверхности ротора имеются пазы, в которых размещаются проводники обмоток статора и ротора. Воздушный зазор между статором и ротором в асинхронных машинах минимально возможным по условиям производства и надежности работы и тем больше, чем крупнее машины. По конструкции асинхронные двигатели различаются на двигатели: с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. В двигателях с фазным ротором обмотки статора и ротора обычно выполняются трехфазными, концы фаз обмотки ротора соединяются обычно в звезду, а начала с помощью контактных колец и щеток выводятся наружу. К контактным кольцам присоединяется пусковой или регулировочный реостат. В двигателях с короткозамкнутым ротором пазы ротора заливаются алюминием, а концы соединяются короткозамкнутыми кольцами. Принцип действия. Трехфазная обмотка статора создает вращающее магнитное поле, которое пересекает обмотку ротора и индуктирует в ней по закону электромагнитной индукции ЭДС. Обмотки ротора замкнуты, по ним будет протекать ток и если он чисто активен, то он будет сонаправлен с ЭДС. На проводник с током, находящимся в магнитном поле, будет действовать сила, направление которой можно определить по правилу левой руки, и возникнет вращающий электромагнитный момент. Рисунок
27 Электропривод постоянного тока по схеме «тиристорный преобразователь – двигатель» (ТП-Д) В системе ТП – Д двигатель постоянного тока независимого возбуждения питается от тиристороного преобразователя. Принципиальная схема системы Среднее значение выпрямленного напряжения ТП.
U2 – действующее значение фазного напряжение вторичной обмотки питающего трансформатора (или сети в бестрансформаторных схемах). M – число пульсаций выпрямленного напряжения; A - угол задержки открывания тиристоров; Ud0 – максимальное значение среднего выпрямленного напряжения при a=0. Кривые выпрямленного напряжения с учетом явления коммутации вентилей, характеризуемой углам g, изображены на рис Зависимость ЭДС ТП от напряжения управления Uу при линейной характеристике СИФУ представлена на следующем рисунке. При ее замене линеаризованной ТП как динамическое звено системы электропривода в режиме непрерывного тока описывается уравнением Уравнение электрического равновесия в якорной цепи системы ТП-Д
Здесь Rя – сопротивления якорной цепи двигателя;
Rдр – сопротивление сглаживающего дросселя; Rтр – активное сопротивление обмоток фазы трансформатора, приведенное к вторичной цепи; Rср. в – усредненное сопротивление вентилей Имея в виду, что
Т. к. Отсюда следует, что в режиме непрерывного тока механические характеристики двигателя в системе ТП-Д при принятых допущениях аналогичны характеристикам системы ГД. При
Уравнения статических механических и электромеханических характеристик двигателя для режима непрерывных токов можно представить и в следующем виде: Семейство статических механических характеристик при различных a, изобра Жено на рис. Это прямые, отсекающие на оси ординат отрезки, соответствующие скорости идеального холостого хода Однако в действительности при раздельном управлении комплектами вентилей (в случае двух комплектного преобразователя) или при питании от однокомплектного ТП в области малых нагрузок ток становится прерывистым, причем при Uy=0 и Появление зоны прерывистого токов обусловлено тем, что в определенные промежутки времени мгновенное значение выпрямленного напряжения преобразователя становится меньше встречно действующей ЭДС двигателя, что видно из графика выпрямленного напряжения, и, как следует из уравнения равновесия ЭДС, разность Ud-e становится отрицательной. Ток должен изменить направление на противоположное. Но поскольку вентили обладают односторонней проводимостью, ток становится равным нулю. Вентили закрываются ток появляется вновь когда Ud станет больше е. При больших нагрузках несмотря на то, что в определенные промежутки времени мгновенное значение Ud становится меньше ЭДС двигателя, ток не прерывается, является непрерывным. Объясняется это тем, что при больших нагрузках запас электромагнитной энергии в цепи выпрямленного тока значительный. Возникающая при исчезновении тока ЭДС самоиндукции складывается с мгновенным выпрямленным напряжением ТП и в сумме они превышают ЭДС двигателя. Поэтому разность между этой суммой и ЭДС двигателя положительна и ток не прерывается. При малых нагрузках ЭДС самоиндукции оказывается недостаточной для поддержания тока и он прерывается. Переходу от режима непрерывного тока к прерывистому соответствует режим начально-непрерывного тока, являющегося граничным между двумя указанными. Величина граничного тока зависит от угла a и параметров схемы Граничные токи (моменты) лежат на дуге эллипса, смещенного по оси ординат на величину Отметим, что если двигатель питается от нереверсивного ТП, то система электропривода становится неполноуправляемой, ибо ток может протекать только в одном направлении. Соответственно этому механические характеристики во втором и третьем квадранте не существуют. При наличии зоны прерывистых токов электромеханические и механические характеристики в этой зоне не выражаются аналитически. Они напоминают механические характеристики двигателя последовательного возбуждения, как показано на рис.. При уменьшении нагрузки скорость двигателя возрастает и увеличивается его ЭДС, являющаяся противодействующей, что вызывает уменьшение тока нагрузки преобразователя. Это приводит к уменьшению падения напряжения на внутренних сопротивлениях схемы, а также к уменьшению потерь среднего напряжения, обусловленного явлением коммутации. В связи с этим Ud возрастает. При идеальном холостом ходе двигателя исчезают падения напряжения на вентилях и внутренних сопротивлениях схемы и Ud повышается еще больше. Напряжение на двигателе (за время импульса тока) приближается к амплитуде питающего преобразователь напряжения переменного тока и скорость двигателя растет. Поэтому в зоне малых и нулевых нагрузок механические характеристики двигателя имеют мягкий характер, что и показано на графике. Скорость идеального холостого хода двигателя для этих характеристик могут быть определены из выражений:
Здесь Е2ф. м – амплитуда фазной ЭДС вторичной обмотки питающего трансформатора или амплитуда фазного напряжения питающей сети (в бестрансформаторных схемах). DUВ – падение напряжения в вентилях. Используя уравнение динамики ТП, уравнение равновесия ЭДС в якорной цепи, уравнение механической характеристики двигателя в системе ТП-Д и уравнение движения электропривода при жестких механических связях, можно изобразить структурную схему системы ТП – Д, которая имеет вид.
При представлении уравнения
Структурная схема примет вид. Двигатель в системе ТП – Д может работать во всех режимах. Двигательному режиму соответствует область в 1 и 3 квадратах, режиму динамического торможения соответствует характеристика, проходящая через начало координат при
Общие вопросы механизмов циклического действия. Требования к системам. Обширная группа механизмов циклического действия включает в себя подъемные краны, одноковшовые экскаваторы, стационарные подъемники различных конструкций и назначения, маятниковые канатные дороги, конвейеры циклического действия, различные манипуляторы и промышленные роботы, металлорежущие станки, прокатные станы и т. д.. Общим для этих установок является режим работы, при котором технологический процесс состоит из ряда повторяющихся однотипных циклов, каждый из которых представляет собой законченную операцию - загрузки рабочего органа, перемещения его из исходной точки в пункт назначения и разгрузки, обработки материала и т. д. В зависимости от специализации цикл может содержать выполнение различных предусмотренных технологией процессов. Основные механизмы таких установок, как правило, имеют реверсивный электропривод, рассчитанный для работы в интенсивном повторно-кратковременном режиме. В каждом рабочем цикле имеют место неустановившиеся режимы работы электропривода: пуски, реверсы, торможения, оказывающие существенное влияние на производительность механизма, на динамические нагрузки привода и механизма, на к. п. д. установки и на ряд других факторов. Все эти условия предъявляют к электроприводу сложные требования, в значительной степени общие для всей рассматриваемой группы механизмов. Электроприводы механизмов циклического действия работают в повторно-кратковременном режиме, характерной особенностью которого являются частые пуски и остановки двигателя. Так как потери энергии в переходных процессах непосредственно зависят от момента инерции электропривода JΣ , основную долю которого, если исключить инерционные механизмы, составляет момент инерции двигателя Jдв. Поэтому при повторно-кратковременном режиме желательно применять двигатели, которые при требуемой мощности и угловой скорости имеют возможно меньший момент инерции Jдв. По условиям нагрева допустимая нагрузка двигателя при повторно-кратковременном режиме выше, чем при длительном. При пуске с повышенной статической нагрузкой двигатель должен развивать и повышенный пусковой момент, превосходящий статический на значение требуемого динамического момента. Поэтому в повторно-кратковременном режиме работы требуется более высокая перегрузочная способность двигателя, чем при длительном. Требование высокой перегрузочной способности определяется также и необходимостью преодоления кратковременных механических перегрузок, возникающих при отрыве грузов, черпании грунта и т. п. Наконец, условия нагревания и охлаждения двигателей при повторно-кратковременном режиме отличаются от аналогичных условий при длительном режиме. Особенно сильно это отличие проявляется у двигателей с самовентиляцией, так как количество охлаждающего воздуха, поступающего в двигатель, зависит от его скорости. Во время переходных процессов и пауз теплоотдача двигателя ухудшается, что оказывает существенное влияние на допустимую нагрузку двигателя.
|