Проанализируйте влияние реакции якоря на величину напряжения СГ при неизменных ЭДС и тока статора при активной нагрузке. Изобразить соответствующую векторную диаграмму.

При активной нагрузке генератора ток статора сов­падает по фазе с напряжением Uг. По­ток реакции якоря Фя совпадает по фазе с током I, так что вектор тока в статоре I в другом масштабе определит вектор Фя. Результирующий магнит­ный поток создается действием потока полюсов Фт и потока реакции якоря Фя и может быть представлен геометриче­ской суммой этих магнитных потоков.

Билет №8.

1. Дайте определение резонанса в электрических цепях. Приведите примеры резонансных явлений, наблюдаемых и используемых на практике. В каких цепях возможен резонанс? Какие виды резонанса вы знаете? В каких цепях возможен резонанс токов.

Резонанс – явление в электрической цепи (или на ее участке), содержащей индуктивные и емкостные элементы (хотя бы по одному), возникающее в случае, когда реактивное сопротивление или реактивная проводимость этой цепи (или ее участка) равны нулю.

При резонансе в цепи (или на ее участке) напряжение и ток совпадают по фазе, а реактивная мощность равна нулю.

Представим эл. цепь в виде пассивного двухполюсника.

R L C
I
U

Согласно закону Ома в комплексной форме эквивалентное комплексное сопротивление цепи:

,

а эквивалентная проводимость .В соответствии с определением резонанс в цепи возникает при условии, если Хэ=0 или Вэ=0, при этом Zэ=Rэ и Yэ=Gэ являются чисто активными, а сдвиг фаз .Различают резонанс напряжений при последовательном и резонанс токов при параллельном соединении R, L и C.

Резонанс напряжений. При последовательном соединении элементов с R, L и C ток в цепи .ХL=XC=>X= ХL-XC=0 и Z=R – минимально. Тогда значение тока в цепи максимально при U=const и R=const.Напряжения на индуктивном и емкостном элементах в комплексной форме UL= -UC, а действующие значения равны, т.к. UL=XLI=XCI=UC. Следовательно Т. о., напряжения на индуктивном и емкостном элементах могут превышать напряжение сети в ХL/R раз, если ХL>R. Сдвиг по фазе между напряжениями UL и UC равен π, т.е. эти напряжения находятся в противофазе.

Такой режим цепи при последовательном соединении элементов с R, L и C, когда ХL=XC, а напряжения на индуктивном UL и емкостном UC элементах, находящиеся в противофазе, равны по значению и могут превышать напряжение всей цепи, носит название резонанса напряжений.

Векторная диаграмма для режима резонанса напряжений.

I
Up=Ua=U φ=0
UL
UC

Из уравнения равенства значения реактивной составляющей можно вывести след-щие соотношения:

ρ – полное волновое сопротивление.

Резонанс токов. В электрической цепи при параллельном соединении ветвей с R (G), L (BL) и C (BC) ток определяют:

,где Y – комплексная электрическая проводимость.

Y=G, т.к. B=BL-BC=0, а ток в неразветвленной части цепи равен I=GU и имеет минимальное значение и только активную составляющую I=Ia. Следовательно, cosφ=1. Токи в ветвях с проводимостями BL и BC:

,т. е. равны по значению и могут превышать ток I в цепи в BL/G раз, если BL=BC>G.

Режим цепи при параллельном соединении элементов с R, L и C, когда BL=BC, а токи IL и IC в ветвях с реактивными проводимостями равны по значению и могут превышать ток I цепи, называют резонансом токов.

Векторная диаграмма для режима резонанса токов.

I=Ia
IC
IL
IC
U
IL
φ=0

Для этого режима характерно:

IL=IC>I, если BL=BC>G; I=Imin; φ=0, cos φ=1; P=UIcos φ=UI=S, QL=BLU2>0, QC=BCU2>0, Q=QL-QC=0.

При резонансе токов рассматриваемая цепь ведет себя по отношению к источнику питания так, будто она состоит только из элементов с активной проводимостью.

 

Включение конденсаторов параллельно активно-индуктивной нагрузке и приведение всей схемы к режиму резонанса или режиму, близкому к нему, один из распространенных способов повышения косинуса фи и сокращения потребления тока из сети.

 

2. На какие номинальные значения тока и напряжения рассчитаны измерительные трансформаторы?

Схемы подключения вольтметра и амперметра к измерительным приборам.

В электроустановках переменного тока большой мощности и напряжением выше 1 кВ непосредственное включение электроизмерительных приборов невозможно, т.к. номинальные значения тока и напряжения приборов не соответствуют номинальным значениям тока и напряжения электроустановок. Для расширения пределов измерения приборов и изоляции их от цепей высокого напряжения применяют измерительные трансформаторы: трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Мощность измерительных трансформаторов составляет от пяти до нескольких сотен вольт-ампер.

Трансформатор тока используют для расширения пределов измерения амперметров и последовательных обмоток ваттметров, счетчиков энергии и фазометров. Его первичную обмотку включают последовательно в ту цепь, ток в которой надо измерить. Трансформаторы тока имеют стандартные номинальные первичные токи от 5 до 15000 А при номинальном вторичном токе 5 А (у некоторых трансф-в при токе 1 А). Поэтому ко вторичной обмотке следует присоединять приборы, номинальный ток которых равен 5 А. Некоторые типы лабораторных транф-в тока изготовляют на несколько значений номинальных первичных токов, в том числе и на токи, меньшие 5 А. Это необходимо тогда, когда измеряемые токи настолько малы, что не могут быть измерены прибором, предел измерения которого равен 5 А. В этом случае трансф-ры работают как повышающие, т.е. измеряемый ток увеличивается с их помощью.

Трансформаторы напряжения применяют в сетях высокого напряжения для измерения напряжения и частоты. К вторичной обмотке подключают вольтметры, частотомеры и параллельные обмотки ваттметров, счетчиков и фазометров, т.е. обмотки, имеющие большое сопротивление. Поэтому для трансформаторов напряжения нормальным режимом является режим холостого хода. Трансформаторы напряжения конструктивно мало отличаются от обычных силовых трасф-в. Они имеют небольшую мощность и включаются в сеть так же, как и обычные трансф-ры. Вторичная обмотка заземлена. Коэффициент трансформации выбирают таким, чтобы вторичное напряжение было равно 100 В.

Для измерения тока амперметр включают в цепь последовательно. Чтобы он оказывал меньшее влияние на параметры цепи, сопротивление его должно быть небольшим. При измерении токов свыше 10 А применяют приборы с наружным шунтом, падение напряжения на котором составляет 75 мВ и который присоединяют к амперметру калиброванными проводами.

Для измерения напряжения на каком-либо участке цепи вольтметр включают параллельно этому участку. Чтобы не произощло заметного изменения параметров цепи и увеличения тока в ее неразветвленной части, сопротивление вольтметра должно быть большим. Для расширения пределов измерения прибора последовательно с вольтметром включают добавочный резистор Rд. Для расширения пределов измерния для ампреметров применяют трансформаторы тока, а для вольтметров – трансформаторы напряжения.

А
И1
Л1
V
ZH
I
Л2
И1
И2
U
Схема включения амперметра и вольтметра с помощью измерительных трансформаторов.

 

При применении измерительных трансформаторов необходимо следить, чтобы их нагрузка не превосходила номинальных значений, указанных в паспорте. Для обеспечения более высокой точности измерений выбирают измерительные трансформаторы с классом точности выше, чем класс измерительных приборов.

3. Пуск АД введением добавочного сопротивления в цепь статора. Пусковые ток и момент. Улучшение пусковых свойств АД. Глубокопазный асинхронный двигатель.

U1
Этот способ применяют только для двигателей с фазным ротором. Трехфазный пусковой реостат включают последовательно с обмоткой ротора через щетки и кольца.

 

Rп’
В результате сопротивление цепи ротора увеличивается, а пусковой ток ротора: уменьшается и, следовательно, уменьшается пусковой ток двигателя.

Сопротивление пускового реостата Rп’ можно подобрать таким, что пусковой момент будет равен максимальному (Мп=Мmax). Для этого необх-мо, чтобы sкр=1. Получаем:

,Откуда сопротивление пускового реостата, приведенное к обмотке статора:Rп’=Хк-R2’ .При вкючении пускового реостата сопротивлением Rп1’=Rп’ двигатель трогается с места при Мп=Мmax. По мере того, как увеличивается частота вращения двигателя, сопротивление пускового реостата уменьшают. Этому соответствует переход на новую механическую хар-ку. Когда пусковой реостат полностью, разгон двигателя заканчивается в соответствии с естественной хар-кой. Такое изменение сопротивления пускового реостата обеспечивает условия разгона двигателя при моментах, близких к максимальному, благодаря чему сокращается время пуска. Это особенно важно, когда пуск двигателя осуществляют под нагрузкой.

Асинхронные машины с фазным ротором сложнее по конструкции и дороже двигателей с короткозамкнутым ротором. Но в связи с тем, что при пуске они могут развивать максимальный момент, их применяют в установках с тяжелыми условиями пуска (подъемные краны, лебедки).

Улучшение пусковых характеристик. Из-за большого пускового тока и малого пускового момента мощность двигателя с короткозамкнутым ротором, для которого применим прямой пуск, ограничена. Из анализа механических характеристик видно, что при увеличении сопротивления обмотки ротора пусковой момент увеличивается. Но чтобы такое увеличение сопротивления обмотки ротора иметь только на момент пуска, пазы ротора делают глубокими. Такие двигатели называют глубокопазными. Магнитный поток рассеяния, создаваемый током ротора (током в отдельном стержне), стремиться замкнуться по пути с наименьшим магнитным сопротивлением. Проводник обмотки ротора можно представить состоящем из отдельных элементарных плоских проводников, расположенных друг над другом по высоте фазы. Т.к. в момент пуска частота тока ротора равна частоте тока статора, то элементарные проводники, расположенные внизу паза, сцеплены с большим потоком рассеяния большой частоты. Их индуктивное сопротивление в связи с этим настолько велико, что ток в них очень мал. Почти весь ток вытесняется в верхние слои проводника фазы ротора. Это эквивалентно уменьшению сечения проводника, а следовательно, увеличению его активного сопротивления, что приводит к увеличению пускового момента. По мере разгона двигателя частота тока ротора уменьшается и при номинальной частоте вращения достигает 1-3 Гц. При такой частоте индуктивное сопротивление нижних слоев проводника уменьшается, что позволяет получить достаточно высокий КПД двигателя в рабочем режиме. Глубокопазные двигатели обычно имеют мощность не менее 120-150 кВт.

Для улучшения пусковых характеристик применяют также ротор с 2-мя короткозамкнутыми обмотками. Одну из обмоток располагают ближе к поверхности ротора. Ее выполняют из проводников меньшего сечения(из марганцовистой латуни или бронзы). Вторая(внутренняя) обмотка имеет большее сечение, и ее стержни изготовляют из меди. Т.о., активное сопротивление наружной обмотки больше, чем сопротивление внутренней обмотки. Каждая из обмоток создает свой вращающий момент, а их сумма равна вращающему моменту двигателя. Картина магнитного потока рассеяния такая же, как у двигателя с глубоким пазом.

Двигатели с улучшенными пусковыми хар-ками имеют несколько меньший коэффициент мощности, т.к. углубление паза(или рабочей обмотки) увеличивает поток рассеивания и индуктивное сопротивление ротора.