Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Тема: «Исследование работы трехфазного синхронного двигателя».
Цель: Сформировать умение пускать в ход синхронный двигатель; научиться определять его механические характеристики опытным путём. По окончании выполнения лабораторной работы студент должен знать: - конструкцию, характеристики и принцип действия синхронного двигателя и компенсатора; - способы пуска синхронного двигателя; - безопасные условия эксплуатации;
уметь: - производить пуск синхронного двигателя.
Основные теоретические положения: В соответствии с принципом обратимости электрических машин синхронная машина может работать не только в режиме генератора, но и в режиме двигателя, т. е. потреблять из сети электрическую энергию и преобразовывать ее в механическую. Для объяснения принципа работы синхронного двигателя представим себе синхронный генератор, включенный на параллельную работу в сеть большой мощности. Допустим, приводной двигатель вращает ротор генератора против часовой стрелки с угловой скоростью . При этом нагрузка генератора такова, что продольная ось полюсов ротора смещена относительно оси вращающегося поля на угол в направлении вращения ротора (рисунок 42, справа). Вращающий момент приводного двигателя уравновешивается суммой электромагнитного момента генератора М' и момента х.х. М0 ( ). На угловой характеристике этому режиму генератора соответствует точка Г. Если уменьшать вращающий момент , то нагрузка генератора начнет также уменьшаться, при этом будет уменьшаться угол , а, следовательно, и ток статора ). В итоге снизится величина электромагнитного момента М' и при вращающем моменте угол , т. е. генератор будет работать в режиме х. х. ( = 0) и ЭДС генератора Е0 окажется в противофазе с напряжением сети . Этому режиму на угловой характеристике соответствует точка пересечения осей координат (точка О на рисунке 42). Если же вал синхронной машины отсоединить от приводного двигателя и создать на этом валу тормозной момент, т.е. момент нагрузки М2, направленный встречно вращению ротора машины, то произойдет смещение вектора ЭДС на угол – относительно его положения в режиме х. х. в сторону отставания (рисунок 42, слева). При этом в цепи обмотки статора появится результирующая ЭДС , которая создаст в обмотке статора ток , отстающий по фазе от ЭДС на угол 90° (предполагается ) и отстающий по фазе от напряжения сети на угол (в генераторном режиме ток , отстает по фазе от ЭДС Е0 на угол ).
Рисунок 42 – Переход синхронной машины из генераторного режима в двигательный
Рисунок 43 – Угловая характеристика синхронного двигателя
Ток создает магнитное поле, вращающееся синхронно с ротором, ось которого смещена относительно продольной оси полюсов ротора на угол – . Допустим, работа двигателя происходит в режиме точки Д на угловой характеристике (рисунок 42, слева), что соответствует углу – . Возникшие при этом тангенциальные составляющие сил магнитного взаимодействия полюсов создадут на роторе двигателя электромагнитный момент М", направленный согласно с вращающим магнитным полем и приводящий ротор во вращение с синхронной частотой . При этом синхронная машина будет потреблять из сети электрическую энергию и преобразовывать ее в механическую энергию вращения. Вращающий электромагнитный момент М" преодолевает момент х. х. и создает на валу двигателя полезный момент , под действием которого приводится во вращение исполнительный механизм:
.
Все значения момента на угловой характеристике синхронного двигателя откладываются в отрицательном направлении оси ординат, так как при переходе синхронной машины из генераторного режима в двигательный электромагнитный момент меняет свое направление. Также отрицательной становится мощность синхронного двигателя, которая поступает из сети в машину, а не из машины в сеть, как это происходит в генераторном режиме. Оперирование с отрицательными значениями мощностей и моментов крайне неудобно, поэтому при рассмотрении синхронных двигателей условно будем принимать моменты и мощности положительными, помня при этом изложенное ранее о направлении этих параметров. Угловые характеристики электромагнитного момента и его составляющих и представлены на рисунке 43. Эти характеристики отличаются от угловых характеристик генератора лишь тем, что располагаются в третьем квадранте осей координат, т. е. определяются отрицательными значениями углов и моментов и а также момента при . Таким образом, в общем виде угловая характеристика синхронной машины представляет собой две полуволны результирующего момента М: положительную, соответствующую генераторному режиму работы, и отрицательную, соответствующую двигательному режиму работы (рисунок 43). Переход машины из одного режима работы в другой происходит при . Устойчивая работа синхронного двигателя соответствует участку угловой характеристики (рисунок 43) при . Отношение максимального электромагнитного момента к номинальному определяет перегрузочную способность синхронного двигателя
.
Обычно перегрузочная способность синхронных двигателей , что при номинальной нагрузке двигателя соответствует эл. град. Ротор синхронного двигателя может вращаться только с синхронной частотой . Чтобы убедиться в этом, достаточно предположить, что ротор двигателя начнет вращаться с частотой . В какой-то момент времени намагниченные полюсы ротора расположатся против одноименных полюсов вращающегося магнитного поля статора, и тогда нарушится магнитная связь между намагниченными полюсами ротора и полюсами вращающегося поля статора, так как их одноименные полюсы будут взаимно отталкиваться, и ротор, перестав испытывать устойчивое действие вращающего электромагнитного момента, остановится. Вращение ротора синхронных двигателей только с синхронной частотой составляет характерную особенность этих двигателей и часто определяет область их применения (например, для привода устройств, требующих стабильной частоты вращения). При изменениях нагрузки на валу синхронного двигателя меняется угол . При этом ротор вследствие инерции вращающихся масс агрегата не сразу занимает положения, соответствующие новой нагрузке, а некоторое время совершает колебательные движения. По своей конструкции синхронные двигатели в принципе не отличаются от синхронных генераторов, но все же имеют некоторые особенности. Их изготовляют преимущественно явнополюсными с полюсов; воздушный зазор делают меньшим, чем в генераторах такой же мощности, что способствует улучшению ряда параметров двигателя, в частности уменьшению пускового тока; демпферную (успокоительную) обмотку выполняют стержнями большего сечения, так как при пуске двигателя она является пусковой обмоткой; ширина полюсного наконечника достигает вместо в генераторах. Поэтому, несмотря на свойство обратимости, синхронные машины, выпускаемые промышленностью, имеют обычно целевое назначение – либо это синхронные генераторы, либо синхронные двигатели.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 301; Нарушение авторского права страницы