ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Уравнения токов и схемы замещения асинхронных исполнительных двигателей

1 2 3 45

В общем случае асинхронный исполнительный двигатель является несимметричной двухфазной машиной, для которой можно нарисовать известные четыре схемы замещения. Например, для обмотки управления они имеют следующий вид (рис.1.3)

Рис. 1.3. Схемы замещения обмотки управления

Здесь: s = (n₁ - n)/n₁ = 1 - n/n₁ = 1 - n; 2 - s = 1 + n, где n - относительная частота вращения.Эти схемы позволяют получить уравнения токов, по которым можно вывести уравнения механических, регулировочных и прочих характеристик. Однако, полученные уравнения будут слишком громоздкими. Для асинхронного исполнительного двигателя ситуацию можно существенно упростить, если в схемах замещения пренебречь всеми сопротивлениями, кроме активного сопротивления ротора r_р. Такие схемы, да и сами двигатели, будем называть "идеальными" (рис.1.4). Основанием для идеализации служит тот факт, что исполнительные двигатели выполняются с роторами, имеющими большое активное сопротивление.

Для последних схем замещения уравнения токов принимают вид:

(1.1)

16. Синхронные машины. Ротор синхронной машины.

По своему назначению синхронные машины подразделяют на турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы и синхронные двигатели. Назначение машины в значительной степени определяет и ее конструкцию. Турбогенераторы, приводимые во вращение быстроходными паровыми или газовыми турбинами, выполняют неявнополюсными. Для получения стандартной частоты 50 Гц они должны иметь при двух полюсах частоту вращения 3000 об/мин, а при четырех полюсах—1500 об/мин. Гидрогенераторы приводятся во вращение тихоходными турбинами, частота вращения которых составляет несколько десятков или сотен оборотов в минуту, поэтому они выполняются с большим числом полюсов (16—96) и имеют явнополюсные роторы. Дизель-генераторы, работающие от двигателей внутреннего сгорания, и синхронные двигатели небольшой и средней мощности выполняют обычно явнополюсными, мощные же двигатели — неявнополюсными.

Дизель-генераторы и синхронные двигатели выполняют, как правило, с горизонтальным расположением вала (рис. 287, а). В дизель-генераторе обычно имеется один подшипник; в качестве второй опоры ротора используется подшипник самого дизеля, вал которого жестко соединяется с валом ротора генератора. В синхронных машинах с явнополюсным ротором в полюсных наконечниках (рис. 287, 6) размещаются стержни беличьей клетки, выполненной из меди или латуни. С торцовых сторон ротора стержни соединяются с короткозамыкающими кольцами. В генераторах эту клетку называют демпферной обмоткой; она обеспечивает

Рис. 287. Роторы дизель-генератора: 1 — вал; 2 — обмотка возбуждения; 3 — полюс ротора; 4 — стержни беличьей клетки; 5 — короткозамыкающие кольца

быстрое затухание колебаний ротора, возникающих при резких изменениях режима работы машины. В синхронных двигателях беличья клетка служит в качестве пусковой обмотки.Ротор. Роторы синхронных машин по конструкции делятся на два типа: явнополюсные : (т. е. с явно выраженными полюсами) и неявнополюсные (т. е. с неявно выраженными полюсами).

На рис. 269 показаны схемы устройства синхронных генераторов с явнополюсным и неявнополюсным роторами.

Та или иная конструкция ротора диктуется соображениями механической прочности. У современных генераторов, вращающихся от быстроходных двигателей (паровая турбина), окружная скорость ротора может достигать 100—160 м/сек. Поэтому быстроходные генераторы имеют неявнополюсный ротор. Скорость вращения быстроходных генераторов составляет 3000 об/мин и 1500 об/мин.

17. Баланс мощности

В виду возможности одновременности процессов потребления и производства электроэнергии в энергосистемах для каждого момента времени должно иметься соответствие расходной части баланса мощности, в том числе с учетом потерь в сетях и собственных нужд электростанции, и его приходной частью, к которой так же относится и мощность электростанций (с учетом перетоков между энергосистемами). При эксплуатации баланс мощности определяется на каждый час суток , а также на каждый месяц последующего квартала.
При проектировании энергосистем баланс мощности определяется для определения суммарного ввода мощности на электростанциях и взаимного обмена мощностью с другими энергосистемами.
Составление балансов производится для периода прохождения зимнего максимума нагрузки. При наличии крупных потребителей по сезону либо электростанций с существенным колебанием располагаемой мощности в зависимости от сезона производится пересчет баланса по весеннему и летнему периоду.
Расходная часть баланса энергосистем складывается из:
- максимума нагрузки(годового) энергосистемы;
-балансового потока мощности в другие энергосистемы
-расчетного резерва мощности.
Приходная часть баланса составляется исходя изтехникоэкономических расчетов, учитывающих выбор структуры генерирующей мощности, т. е. расчетов на обосновании местоположения, состава, основных параметров, вида используемого топлива и очереди строительства электрических станций. Оптимальное определение развития мощностей производится в 2 этапа. В начале для энергосистемы в целом и каждой ОЭС в тандеме с оптимизацией ТЭК страны находится выгодная структура генерирующих мощностей, отличающихся типом основного оборудования и видом энергоресурса. В связи с неоднозначностью исходных данных, результаты , как правило, находятся в зонеоптимальных решений. Данный этап работы,для страны в целом,выполняется централизованно.
В результате, находятся оптимизированные семмарные диапазоны мощностей на разных видах топлива, общая мощность, а также оптимальные размеры взаимных перетоков мощности и между общими энергетическими системами.
На следующем этапе для каждой общей энергетической системы в пределах диапазона мощностей электростанций обосновывается выгодный состав, основные параметры, размещение, а так же последовательность развития объектов. При формировании новых вариантов развития используются результаты проектных разработок специализированных организаций по нахождению возможных пунктов сооружения электростанций на территориях соответствующих ОЭС, по схемам использования водных ресурсов,развития теплофикации, по характеристикам нового оборудования.
Задача расчета наращивания генерирующих мощностей на всех этапах решается совместно с аналитическим расчетом режимов работы электростанций в суточном цикле, недельном и годовом циклах.
Для энергосистем, входящих в более крупные объединения, планируемый обмен мощностью с другими энергосистемами, а также расчетный резерв мощности определяются но данным баланса мощности и расчета надежности соответствующего объединения. Баланс мощности удовлетворяет условиям, если отклонение баланса от расходной части не превышает одной второй мощности крупнейшего из ведомых агрегатов. Дефициты или избытки мощности в указанных пределах рассматриваются как случайные отклонения, лежащие в пределах точности прогноза.
Необходимая перспективная установленная мощность электростанций энергосистемы определяется исходя из помечаемого ввода мощности, а также технико-экономического обоснования демонтажа физически и морально изношенного оборудования.
Располагаемая мощность , учитываемая в балансе мощности на период максимума нагрузок, принимается равной сумме их установленных мощностей за минусом ограничений и разрывов мощности оборудования.
При проектировании развития энергосистем в составе ограничений учитываются:
-снижение мощности из-за неполного освоения к моменту прохождения максимума расчетного года головных образцов нового оборудования, а также серийных агрегатов, вводимых в IV квартале расчетного года;
-снижение мощности из-за временного несоответствия между отдельными элементами технологической схемы электростанций (для них и эксплуатации используется термин «разрывы мощности»), ограничений но выдаче мощности, отсутствия тепловых нагрузок (для турбин с противодавлением), снижения напора ГЭС против расчетного или ограничения режима ГЭС вследствие удовлетворения требовании неэнергетических потребителей и т. п.
Сумма ограничений при составлении перспективных балансов мощности принимается на основании анализа существующих в эксплуатации ограничений с учетом мероприятий, намечаемых по их устранению. В крупных объединениях при отсутствии более точной информации ограничения принимаются в среднем равными 6—8% установленной мощности электростанций.
Баланс электроэнергии энергосистем составляется: для проверки возможности выработки необходимого количества электроэнергии в течении года электростанциями, будучи в балансе мощности; для расчета потребности в топливе энергосистемы; для определения потоков энергии между энергосистемами. Расходная часть баланса энергии складывается из электропотребления данной энергосистемы (с учетом потерь в сетях), расхода энергии па заряд ГАЭС и передачи электроэнергии в последующие энергосистемы.
Приходная часть баланса энергии включает в себя выработку электроэнергии всеми электростанциями системы и планируемое получение энергии из других энергосистем.
Выработка гидроэлектростанций имеет учет по средней многолетней. Для энергосистем с удельным весом ГЭС 30% и выше, производится проверка баланса также и для условий гарантированной в условиях маловодного года 95%-ной обеспеченности выработки электроэнергии гидроэлектростанциями. Распределение годовой генерации электроэнергии между тепловыми электростанциями производится исходя из их экономичности, обеспеченности ресурсами, стоимости различных видов топлива и маневренных характеристик оборудования. Обычно для этого находится распределение суточной выработки между электростанциями для характерных суток различных сезонов — зимы, лета и периода паводка — и оценивается длительность сезонов.
Для приближенных расчетов выработка отдельными типами электростанций может оцениваться по годовым числам часов использования установленной мощности. Баланс считается удовлетворительным, если число используемых часов среднегодовой существующей мощности ТЭС в среднем не превышает 6500.

18. Механические характеристики асинхронных машин.

Характеристики асинхронных двигателей. Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика. Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n₁ (скольжение s_ном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент M_max двигатель развивает при некоторое скольжении s_kp, составляющем 10—20%. Отношение M_max/M_ном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение М_п/М_ном — его пусковые свойства.

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки М_вн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения M_max (до точки В). Если нагрузочный момент М_вн превысит момент M_max, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R_1п (кривая 2), R_2п (кривая 3) и R_3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R₂ и возрастает s_кp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент М_п также зависит от R₂. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент М_п был равен наибольшему М_max.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками. Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент М_п такого двигателя значительно больше, чем момент М’_п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

19. Способы увеличения пускового момента.

Пусковые свойства двигателей.

При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения п= 0 доп . Скольжение при этом меняется от s_п = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (М_вр>М_с) и пусковой ток I_п должен быть по возможности небольшим.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др. Ниже различные способы пуска рассматриваются более подробно.

Прямой пуск. Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. Схема прямого пуска приведена на рис. 3.22. При включении рубильника в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора

, (3.37)

максимальны (см.п.3.19 при s=1). По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока k_I = I_П / I_1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.

Рис. 3.22

Значение пускового момента находится из (3.23) при s = 1:

.(3.38)

Из рис. 3.18 видно, что пусковой момент близок к номинальному и значительно меньше критического. Для серийных двигателей кратность пускового момента М_П/ М_НОМ = (1.0,…,1.8).

Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться. С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места. В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).

20. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

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

При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастет, причем при больших нагрузках скольжение увеличивается несколько быстрее, чем при малых.При холостом ходе двигателя п2=n1 или S=0.При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет S = 3-5%.Скорость вращения ротора

Так как при увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, то число оборотов будет уменьшаться. Однако изменение скорости вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной очень незначительно и не превышает 5%. Поэтому скоростная характеристика асинхронного двигателя является жесткой — она имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.Вращающий момент, развиваемый двигателем М, уравновешен тормозным моментом на валу М₂ и моментом, идущим на преодоление механических потерь М₀, т. е.

где Р₂ — полезная мощность двигателя,

W₂ — угловая скорость ротора.

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

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

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

Изменение коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу двигателя происходит следующим образом. При холостом ходе соsj мал (порядка 0,2), так как активная составляющая тока статора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнитный поток. При увеличении нагрузки на валу соsj возрастает (достигая наибольшего значения 0,8—0,9) в результате увеличения активной составляющей тока статора. При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение соsj, так как вследствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.Кривая к. п. д. т) имеет такой же вид, как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе к. п. д. равен нулю. С увеличением нагрузки на валу двигателя к. п. д. резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения к. п. д. достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

21. Пуск вход асинхронного двигателя.

Способы пуска. При пуске двигателя по возможности должны удовлетворяться основные требования: процесс пуска должен осуществляться без сложных пусковых устройств; пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи - по возможности малыми. Иногда к этим требованиям добавляют и другие, обусловленные особенностями конкретных приводов, в которых используют двигатели: необходимость плавного пуска, максимального пускового момента и пр.Практически используют следующие способы пуска: непосредственное подключение обмотки статора к сети (прямой пуск); понижение напряжения, подводимого к обмотке статора при пуске; подключение к обмотке ротора пускового реостата.Прямой пуск. Этот способ применяют для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины.В асинхронных двигателях отношение L/R сравнительно мало (особенно в малых двигателях), поэтому переходный процесс в момент включения характеризуется весьма быстрым затуханием свободного тока. Это позволяет пренебречь свободным током и учитывать только установившееся значение тока переходного процесса.Двигатели обычно пускают с помощью электромагнитного выключателя К - магнитного пускателя (рис. 4.27, а) и разгоняют автоматически по естественной механической характеристике М (рис. 4.27,6) от точки П, соответствующей начальному моменту пуска, до точки Р, соответствующей условию М = Мст. Ускорение при разгоне определяется разностью абсцисс кривых М и Мст и моментом инерции ротора двигателя и механизма, который приводится во вращение. Если в начальный момент пуска Мп < Мст , двигатель разогнаться не сможет.

Рис. 4.27. Схема прямого пуска асинхронного двигателя и графики изменения моментов и тока

Значение начального пускового момента можно получить из формулы (4.46а), приняв s = 1:

(4.58)

Мп = m1 U12R'2 /{w1 [(R1 + R'2 )2 + (X1 + Х'2 )2 ]}.

Отношение моментов Мп /Мном = kп.м называют кратностью начального пускового момента. Для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 0,6—100 кВт ГОСТом установлено kп.м = 1,0÷2,0; мощностью 100-1000 кВт - kп.м = 0,7÷1,0.Получение кратностей пускового момента, больших регламентированных ГОСТом, обычно нежелательно, так как это связано либо с увеличением активного сопротивления ротора (см. 4.58), либо с изменением конструкции ротора (см. § 4.11), что ухудшает энергетические показатели двигателя.Недостатком данного способа пуска кроме сравнительно небольшого пускового момента является также большой бросок пускового тока, в пять — семь раз превышающий номинальное значение тока.Несмотря на указанные недостатки, пуск двигателя путем непосредственного подключения обмотки статора к сети широко применяют благодаря простоте и хорошим технико-экономическим свойствам двигателя с короткозамкнутым ротором — низкой стоимости и высоким энергетическим показателям (η, cos φ1, kм и др.).

1 2 3 45