Книги, научные публикации
Министерство образования Российской Федерации Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования профессионального образования Ульяновский государственный технический университет Ульяновский государственный технический университет ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Методические указания Методические указания для студентов, обучающихся по специальностям для студентов, обучающихся по специальностям 120400, 120100 120400, 120100 (дисциплина Электротехника и электроника) (дисциплина Электротехника и электроника) Составитель: А.М. Крицштейн Ульяновск 2003 Ульяновск 2003 2 3 УДК 621.3 (076) ББК 31.21я7 Оглавление О-64 Методические указания к выполнению и оформлению контрольных заданийЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.4 1.Асинхронные машиныЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ...5 Рецензент доцент кафедры Электропривод и автоматизация 1.1 Задание промышленных установок, кандидат технических наук 1.2 ЗадачиЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ А. Л. Кислицын 1.3 Методические указанияЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ 1.3.1 Основные положенияЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ. 1.3.2 Схема замещения асинхронной машины. Приведение Одобрено секцией методических пособий научно параметров и переменных вращающегося ротораЕЕЕЕЕЕ... методического совета университета 1.3.3 Потери энергии и КПД асинхронных двигателейЕЕЕ... 1.3.4 Электромагнитный момент асинхронной машиныЕЕЕ 1.3.5 Пуск асинхронных двигателейЕЕЕЕЕЕЕ ЕЕЕЕ 1.3.6 Торможение асинхронных двигателейЕЕЕЕЕЕЕ 2. Машины постоянного токаЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ Электрические машины:
2.1.2 ЗадачаЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ О-64 Методические указания и контрольные задания/ Сост. А.М.
2.2. Методические указанияЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ Крицштейн. - Ульяновск: УГТУ, 2003. - 51 с.
2.2.1 Основные положенияЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ. 2.2.2 Пуск электродвигателей постоянного токаЕЕЕЕЕЕ Руководство предназначено для студентов машиностроительного факультета 2.2.3 Торможение электродвигателей постоянного токаЕЕЕ спец. 120400 и 120100. Включает материал по следующим разделам курса Электротехника и электроника : асинхронные и синхронные электрические 3. ВопросыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ машины, электрические машины постоянного тока, специальные электрические Библиографический списокЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ машины.
Подготовлено на кафедре Электропривод и автоматизация промышленных установок.
йОформление УГТУ, 4 Методические указания к выполнению и оформлению 9. Ответы на контрольные вопросы должны быть ясными и ко контрольных заданий роткими, при необходимости нужно приводить схемы, графики и т.д. Не допускается переписывание текста из учебников. Для отве Одним из основных видов занятий по курсу Электротехника и тов может быть использована любая известная студенту литерату электроника разделу Электрические машины является выпол- ра, в том числе специальная. Ссылка на литературу обязательна.
нение контрольных заданий. При изучении курса студенты приоб- 10. Вычисления должны быть сделаны с точностью до третьей - ретают необходимые знания о конструкциях электрических ма- четвертой значащей цифры.
шин, физических процессах в них протекающих, основных мето- 11. Выполненные контрольные задания должны быть датирова дах расчетов параметров и режимов машин. ны и подписаны студентом.
К представленным на рецензию контрольным заданиям предъ- 12. Исправление ошибок в рецензированном тексте не допуска являются следующие требования. ется. Если неправильно выполнена не вся работа, а только часть ее, 1. На первой странице должно быть изложено задание, указан то переработанный и исправленный текст следует записать в тет вариант задачи и все заданные величины. ради после первоначального текста под заголовком Исправление 2. Основные положения решения должны быть достаточно под- ошибок.
робно пояснены. Контрольное задание засчитывается, если решения не содержат 3. Рисунки, графики, схемы, в том числе и заданные условием ошибок принципиального характера, а задание в целом отвечает задачи, должны быть выполнены аккуратно и в удобном для чте- всем вышеперечисленным требованиям.
ния масштабе.
4. В пояснительной записке следует оставлять поля шириной не менее 4 см для замечаний рецензента.
1. Асинхронные машины 5. Расчет каждой исходной величины следует выполнить снача ла в общем виде, а затем в полученную формулу подставить чи 1.1. Задание словые значения в том же порядке и привести окончательный ре зультат с указанием единиц измерения.
1.1.1. Описать конструкцию заданного электродвигателя, вы 6. Конечные результаты расчетов должны быть выделены из полнить эскизы продольного и поперечного сечений двигателей.
общего текста.
На выполненные эскизы нанести обозначения основных элементов 7. Каждому этапу решения задачи нужно давать необходимые конструкции, пояснить их назначение, назвать материалы, из кото пояснения.
рых изготовлены эти элементы, узлы и детали.
8. При построении кривых выбирать такой масштаб, чтобы на 1 см оси координат приходилось 110n или 210n единиц измерения 1.1.2. Решить задачи физической величины, где n - целое число. Градуировку осей вы полнять, начиная с нуля, равномерно через один или через два сан Задача 1.1. Для трехфазного асинхронного электродвигателя с тиметра. Числовые значения координат точек, по которым строят короткозамкнутым ротором серии 4А, напряжение питающей сети ся кривые, не приводить. Весь график в целом и отдельные кривые 220/380 В, частота сети 50 Гц по данным таблицы 1.1 определить на нем должны иметь названия.
6 Продолжение табл. 1. номинальный вращающий момент на валу Мн, номинальную час тоту вращения ротора n1, мощность P1, потребляемую двигателем 1 2 3 4 5 6 7 8 9 из сети, номинальные (линейные и фазные) токи обмотки статора 16 22 2,5 90 0,9 2 1,2 1 6,5 (механическими потерями пренебречь).
17 1,1 7 70 0,68 1,7 1,6 1,2 3,5 Построить механическую характеристику двигателя (при рас 18 4 4,1 83 0,7 2,2 1,8 1,4 6 чете критического скольжения использовать формулу Клосса).
19 15 2,6 87 0,82 2 1,2 1 6 Рассчитать пусковой резистор в цепи статора для снижения 20 30 2 90 0,81 2 1,2 1 6 пускового тока в 2 раза (=2).
21 1,1 6,3 77,5 0,87 2,2 2 1,2 5,5 Таблица 1. 22 1,5 5 81 0,85 2,2 2 1,2 6,5 23 3 5,4 84,5 0,88 2,2 2 1,2 6,5 N Mmax Mп Мmin Iп 24 4 4 86,5 0,89 2,2 2 1,2 7,5 вар.
PH S сos Мн Мн Мн Iн n 25 7,5 2,6 87,5 0,88 2,2 2 1 7,5 26 11 3,1 88 0,9 2,2 1,6 1 7,5 - кВт % - - - - - об/мин 27 15 2,3 88 0,91 2,2 1,4 1 7,5 28 75 1,4 91 0,89 2,2 1,2 1 7,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 29 200 1,9 92,5 0,9 1,9 1 0,9 7 1 0,55 8,7 70,5 0,70 2,2 2 1,6 4,5 30 30 1,9 88 0,81 1,9 1,2 1 6 2 0,75 8,7 72 0,73 2,2 2 1,6 4,5 31 37 1,8 89 0,81 1,9 1,2 1 6 3 1,5 6,7 77 0,83 2,2 2 1,6 5 32 37 2 91 0,78 1,8 1 1 6 4 4 5,3 84 0,84 2,2 2 1,6 6 33 90 2 92,5 0,83 1,8 1 0,9 6 5 7,5 3 87,5 0,86 2,2 2 1,6 7,5 34 110 2 93 0,83 1,8 1 0,9 6 6 15 2,7 89 0,88 2,2 1,4 1 7 35 45 2,5 90,5 0,75 1,8 1 0,9 6 7 37 1,7 91 0,9 0,9 2,2 1,4 1 36 90 2 92 0,76 1,8 1 0,9 6 8 75 1,4 93 0,9 2,2 1,2 1 7 37 22 2,8 88 0,88 2,2 1,3 1 7 9 132 2,3 93 0,9 2 1,2 1 6,5 38 30 2,9 90 0,91 2,2 1,3 1 7 10 315 1,7 94,5 0,92 1,9 1 0,9 7 39 37 1,8 91,5 0,89 2,2 1,2 1 7 11 1,1 8 74 0,74 2,2 2 1,6 4 40 90 2,4 92 0,88 2,2 1,2 1 7 12 1,5 6,4 75 0,74 2,2 2 1,6 5,5 41 160 1,4 94 0,9 2,2 1,2 1 6,5 13 3 5,5 81 0,76 2,2 2 1,6 6 42 315 1,1 94,5 0,92 1,9 1 0,9 6,5 14 4 5,1 82 0,81 2,2 2 1,6 6 43 400 1,1 95 0,92 1,9 1 0,9 6,5 15 7,5 3,2 85,5 0,81 2,2 2 1,6 7 44 22 2,9 90 0,88 2,1 1,3 1 6,5 45 37 2,1 90,5 0,89 2,2 1,2 1 6,5 46 55 1,7 92 0,89 2,2 1,2 1 6,5 8 Окончание табл. 1. Таблица 1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 47 90 1,4 94 0,88 2,2 1,2 1 6,5 N Mmax Mп Iп 48 200 1,8 94 0,91 2 1,2 0,9 6 вар.
Pн n1 Мн Мн Iн cosн I1лY r1 x 49 400 1,2 94,5 0,91 2 1,2 0,9 6,5 50 18,5 2,5 87 0,85 2 1,2 1 6 - кВт об/мин - - - - А Ом Ом 51 22 2,4 88,5 0,87 2 1,2 1 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 52 30 2,3 90 0,88 2 1,2 1 6 1 2,2 883 2,6 2,6 3,3 0,76 6,4 3,67 2, 53 55 1,4 92,5 0,86 2 1,2 1 6,5 2 3,5 875 2,6 2,6 3,6 0,78 9,6 2,09 1, 54 75 1,5 93 0,87 2 1,2 1 7 3 5,0 910 3,1 2,9 4,3 0,75 13,4 1,11 1, 55 90 2,2 92,5 0,89 2 1,2 1 6 4 7,5 905 3,1 3,0 4,4 0,76 19,3 0,685 0, 56 1,1 7 70 0,68 1,7 1,6 1,2 3,5 5 11,0 920 3,4 3,2 5,1 0,78 26,4 0,415 0, 57 1,5 7 74 0,65 1,7 1,6 1,2 5,5 6 7,5 682 3,0 2,9 4,5 0,76 19,1 0,788 0, 58 11 2,7 87 0,75 2,2 1,4 1 6 7 11,0 685 3,2 3,0 4,5 0,73 28,8 0,43 0, 59 30 1,9 88 0,81 1,9 1,2 1 6 8 16,0 685 3,3 3,1 4,8 0,76 39,6 0,271 0, 60 55 2 92 0,79 1,8 1 0,9 6 9 22,0 692 3,1 2,8 5,0 0,77 52,6 0,179 0, 10 28,0 695 3,2 2,8 5,2 0,79 64,6 0,137 0, 11 1,4 870 2,8 2,8 3,0 0,69 4,8 5,98 3, 12 2,2 875 2,8 2,8 3,1 0,70 7,2 3,6 2, Задача 1.2. Для трехфазного асинхронного двигателя с корот 13 3,5 870 2,8 2,8 3,5 0,74 10,1 2,16 2, козамкнутым ротором 4А с напряжением питающей сети 14 5,0 890 3,0 3,0 3,9 0,75 13,5 1,32 1, 220/380 В и частотой f=50 Гц по данным таблицы 1.2 определить 15 7,5 905 2,9 2,8 4,3 0,79 18,4 0,68 1, число полюсов двигателя 2р, номинальное скольжение Sн, но 16 11 910 3,1 2,8 4,9 0,80 26,0 0,54 0, минальный вращающий момент на валу двигателя Мн, мощ 17 7,5 680 3,1 2,9 4,4 0,74 20,0 0,88 0, ность, потребляемую из сети, Р1,максимальный момент Ммах, 18 16,0 905 3,1 2,8 4,9 0,79 37,8 0,33 0, пусковой момент Мп, номинальный ток двигателя при соедине нии обмоток статора в треугольник и пусковой ток при соедине- 19 11,0 690 3,3 3,1 4,6 0,71 30,4 0,53 0, нии обмоток статора в звезду и треугольник. 20 22,0 935 3,0 2,8 5,2 0,78 50,0 0,19 0, Построить механическую характеристику двигателя (при рас 21 16,0 695 3,3 3,0 4,8 0,73 41,0 0,285 0, чете критического скольжения использовать формулу Клосса).
22 28,0 945 3,3 2,8 5,6 0,81 62,0 0,125 0, Определить мощность возбуждения при динамическом тор 23 22,0 695 3,3 3,0 5,0 0,76 53,2 0,207 0, можении.
24 28,0 700 3,4 3,1 5,4 0,75 68,0 0,123 0, 25 37,0 705 3,6 3,3 5,8 0,72 91,0 0,08 0, 26 2,2 895 2,6 2,6 3,8 0,78 6,3 4,33 2, 10 Окончание табл. 1. Продолжение табл. 1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 55 13,0 690 3,0 2,8 4,7 0,79 31,8 0,365 0, 27 3,3 905 2,6 2,5 4,0 0,79 8,9 2,8 1, 56 27,0 915 2,6 2,4 4,5 0,83 61,0 0,197 0, 28 5,0 920 3,1 2,9 4,7 0,80 12,5 1,41 1, 57 36,0 920 3,3 3,1 4,7 0,82 81,0 0,124 0, 29 7,5 930 2,8 2,5 4,9 0,83 17,5 0,90 0, 58 18,0 680 2,4 2,3 4,1 0,77 45,0 0,327 0, 30 5,0 695 2,9 2,6 4,5 0,76 13,3 1,76 1, 59 26,0 690 2,8 2,6 4,5 0,75 66,0 0,182 0, 31 11,0 935 3,0 2,8 5,3 0,80 26,0 0,595 0, 60 3,5 890 2,8 2,8 3,0 0,75 10,5 2,62 1, 32 7,5 695 3,0 2,8 4,6 0,76 19,8 1,04 0, 33 16,0 940 3,0 2,8 5,5 0,81 36,0 0,323 0, 34 11,0 700 3,4 3,1 5,2 0,74 28,0 0,465 0, 35 22,0 940 3,1 2,8 5,6 0,86 46,0 0,218 0, 36 16,0 705 3,4 3,1 5,2 0,73 41,5 0,316 0, 37 22,0 705 3,3 2,9 5,5 0,80 49,5 0,205 0, 38 28,0 705 3,5 3,1 6,0 0,75 67,0 0,141 0, 39 1,7 835 2,3 2,3 2,6 0,74 5,8 5,78 3, Задача 1.3. Для трехфазного асинхронного двигателя с фазным 40 2,7 835 2,2 2,2 2,7 0,77 8,2 3,63 2, ротором серии АК, напряжением питающей сети 220/380 и часто 41 4,1 850 2,3 2,3 3,2 0,83 10,9 2,1 1, той f=50 Гц по данным таблицы 1.3. определить номинальный 42 5,8 870 2,3 2,3 3,4 0,80 15,5 1,26 1, вращающий момент на валу Мн, мощность электрических потерь в 43 9,0 840 2,2 2,1 3,4 0,81 23,2 0,755 1, обмотке ротора Р2э, коэффициент полезного действия, активное 44 13,0 895 2,9 2,8 9,0 0,80 32,3 0,48 0, сопротивление ротора r2.
45 17,5 915 3,2 3,1 5,0 0,82 40,5 0,23 0, Определить аналитическим и графическим способом сопротив 46 9,0 670 3,0 2,9 4,0 0,77 24 0,835 0, ление пускового реостата. Режим пуска форсированный. (Механи 47 1,7 835 2,3 2,3 2,6 0,74 5,8 5,78 3, ческими потерями пренебречь).
48 2,7 835 2,2 2,2 2,7 0,77 8,2 3,63 2, Определить сопротивление резистора противовключения при 49 4,1 850 2,3 2,3 3,2 0,83 10,9 2,1 1, реверсе двигателя с начальным тормозным моментом 1,3 Мн, если 50 5,8 870 2,3 2,3 3,4 0,80 15,5 1,26 1, до переключения двигатель работал с установившейся частотой 51 9,0 840 2,2 2,1 3,4 0,81 23,2 0,755 1,05 вращения nн.
52 13,0 895 2,9 2,8 9,0 0,80 32,3 0,48 0, 53 17,5 915 3,2 3,1 5,0 0,82 40,5 0,23 0, 54 9,0 670 3,0 2,9 4,0 0,77 24,0 0,835 0, Продолжение табл. 1. Таблица 1.3.
1 2 3 4 5 6 7 8 N Mmax 27 30,0 970 2,8 0,73 70,5 0,125 259 72, вар.
Pн n1 Мн cosн I1лY r1 Ер.н. Iр.н.
28 22,0 720 2,8 0,69 58,0 0,207 234 59, 29 30,0 720 2,8 0,68 77,0 0,123 280 67, - кВт об/мин - - А Ом В А 30 40,0 730 2,8 0,69 101,0 0,08 322 76, 1 2 3 4 5 6 7 8 31 45,0 575 3,0 0,70 115,0 0,087 185 155, 1 2,2 885 2,3 0,72 7,2 3,67 135 12, 32 60,0 578 3,0 0,72 145,0 0,055 245 153, 2 3,5 910 2,5 0,73 10,3 2,09 204 12, 33 80,0 580 3,0 0,72 190,0 0,042 320 155, 3 5,0 940 2,9 0,68 14,9 1,11 164 20, 34 2,2 885 2,3 0,76 6,6 4,33 147 11, 4 7,5 945 2,8 0,69 20,9 0,685 227 21, 35 3,5 895 2,3 0,75 9,5 2,8 177 13, 5 11,0 953 3,1 0,71 28,4 0,415 200 35, 36 5,0 920 2,5 0,75 13,6 1,41 215 16, 6 7,5 702 2,6 0,69 21,2 0,788 185 28, 37 7,5 945 2,5 0,73 20,0 0,90 240 19, 7 11,0 715 2,9 0,67 30,8 0,43 155 46, 38 5,0 685 2,5 0,73 14,7 1,76 215 17, 8 16,0 718 3,0 0,69 42,5 0,271 222 46, 39 11,0 950 2,8 0,76 27,3 0,595 166 43, 9 22,0 723 3,0 0,70 56,5 0,179 197 70, 40 7,5 695 2,5 0,74 20,6 1,04 254 20, 10 30,0 725 3,0 0,74 71,6 0,136 157 74, 41 16,0 957 2,8 0,78 38,0 0,323 200 53, 11 30,0 574 3,3 0,67 80,0 0,1125 142 133, 42 11,0 710 2,8 0,70 30,0 0,465 172 41, 12 45,0 577 3,2 0,71 110,0 0,0652 206 138, 43 22,0 960 2,8 0,80 48,5 0,218 225 63, 13 60,0 577 2,9 0,77 133,0 0,0549 253 160, 44 16,0 715 2,8 0,70 42,5 0,316 200 52, 14 80,0 582 3,3 0,71 190,0 0,0275 294 167, 45 22,0 715 2,8 0,73 55,0 0,205 237 58, 15 100,0 584 3,3 0,71 239,0 0,0199 368 170, 46 30,0 716 2,8 0,73 72,0 0,141 288 65, 16 1,4 885 2,3 0,65 5,3 5,98 112 9, 47 38,0 577 3,0 0,75 90,0 0,119 172 138, 17 2,2 895 2,3 0,67 7,5 3,6 144 11, 48 50,0 577 2,8 0,77 114,0 0,088 223 140, 18 3,5 915 2,3 0,70 10,5 2,16 181 13, 49 63,0 580 2,9 0,74 140,0 0,061 282 139, 19 5,0 925 2,5 0,69 14,8 1,32 206 16, 50 3,5 870 1,2 0,72 11,6 2,62 178 16, 20 7,5 935 2,5 0,70 20,8 0,68 255 19, 51 5,3 885 2,0 0,76 15,3 1,61 217 19, 21 11,0 945 2,8 0,73 28,6 0,54 172 42, 52 8,2 900 2,0 0,70 24,6 0,835 257 23, 22 7,5 695 2,5 0,71 21,0 0,88 251 20, 53 13,0 925 2,5 0,74 35,0 0,51 186 51, 23 16,0 955 2,8 0,77 37,6 0,33 208 49, 54 17,5 945 2,4 0,77 43,0 0,337 233 54, 24 11,0 710 2,8 0,66 33,0 0,53 182 41, 55 9,0 675 2,0 0,74 26,1 0,98 164 26, 25 22,0 965 2,8 0,71 55,0 0,19 225 61, 56 13,0 690 2,5 0,74 34,7 0,534 178 53, 26 16,0 715 2,8 0,65 45,7,285 207 49, Окончание табл.1.3 Отношение скорости скольжения к скорости поля называется 1 2 3 4 5 6 7 8 скольжением 57 27,0 950 3,0 0,77 65,0 0,219 217 77, n0 - n 58 36,0 955 3,1 0,75 87,0 0,133 271 88, S =. (1.2) 59 18,0 695 2,5 0,73 48,0 0,352 221 59,0 n 60 26,0 710 2,5 0,68 72,0 0,202 266 68, Частота эдс, индуцированной во вращающейся обмотке ротора (вторичная цепь), пропорциональна ее частоте вращения относи тельно вращающегося поля 1.3. Методические указания f2 = (n0 - n1) P = S n0 P, (1.3) 1.3.1. Основные положения следовательно, f2=Sf1.
Скорость вращения магнитного поля n0 в пространстве зависит Индуцированная эдс в обмотке статора (первичная обмотка) от частоты тока и числа полюсов. За один период переменного тока, выражается магнитное поле в пространстве поворачивается на угол, соответст вующий двум полюсным делениям 2, т.е. одной паре полюсов. Та E1 = 4,44 f1 1 kобм1 Ф, (1.4) ким образом, чем больше пар полюсов в обмотке статора, тем меньше пространственный угол поворота магнитного поля за один где 1 - число витков обмотки статора;
kобм1 - обмоточный ко период переменного тока, а следовательно, тем меньше синхронная эффициент обмотки статора.
скорость вращения поля статора (об/мин) При неподвижном роторе (f1=f2) эдс в его обмотке будет 60 f n0 =. (1.1) E2 x = 4,44 f1 2 kобм2 Ф, (1.5) P в то время как при вращении ротора Скорость вращения ротора n1 (асинхронная скорость) всегда меньше синхронной скорости, т.е. ротор всегда отстает от поля ста E2 = 4,44 S f1 2 kобм2 Ф, тора.
Разность между скоростью поля статора и скоростью ротора (n0 - n1) называется скоростью скольжения ns. Эта та скорость, с где f1 - частота сети;
2 - число витков обмотки;
Ф - магнит которой поле пересекает проводники обмотки ротора ный поток;
kобм2 - обмоточный коэффициент обмотки ротора.
Отношение указанных двух выражений показывает, что эдс во ns = n0 - n1, вращающейся части машины изменяется пропорционально сколь жению где n1 - скорость ротора.
16 На рис. 1.1 Z12 - сопротивление намагничивающей ветви, Z1 - E2 = S E2 x. (1.6) комплексное сопротивление обмотки статора, Z2 - комплексное Отношение уравнений (1.4) и (1.5) дает коэффициент транс сопротивление обмотки ротора.
формации асинхронной машины:
1- S Потери в сопротивлении r2' эквивалентны механиче S E2 kобм kтр = =. (1.7) ской мощности на валу машины. Это сопротивление является E2x 2 kобм единственным переменным параметром схемы. Величина этого сопротивления определяется скольжением, а, следовательно, ме 1.3.2. Схема замещения асинхронной машины.
ханической нагрузкой на валу асинхронного двигателя.
Приведение параметров и переменных вращающегося Величина тока в рабочем контуре [5] ротора U В асинхронных машинах связь между первичной и вторичной I2 ' =. (1.8) r2' обмотками магнитная. При расчете режимов работы и характери- ' (r1 + )2 + (x1 + x2 ) стик удобно магнитную связь заменить электрической. Электри S ческая схема, в которой магнитная связь между обмотками трансформатора заменена электрической, называется схемой за 1.3.3. Потери энергии и КПД асинхронных двигателей мещения.
Наиболее удобной схемой замещения является Г-образная Отдавая мощность на валу Р, трехфазные асинхронные двига схема замещения [7], в которой намагничивающий контур выне тели потребляют из сети мощность Р сен на вывод сети. В этой схеме замещения ток холостого хода не зависит от нагрузки, а сопротивления контуров статора и ротора P1 = 3U1 I1 cos1. (1.9) соединены последовательно, образуя рабочий контур, параллель но которому подключен намагничивающий контур.
Потери в стали Рст1, возникающие в сердечнике статора, и по тери в обмотке статора Робм1 превращаются в теплоту.
Z1 Z Потери в первичной обмотке рассчитываются по фазным зна чениям тока и сопротивления 1- S Pобм1 = 3 I12 r1, (1.10) I1 Z12 I2 r2' S U1 I где r1 - активное сопротивление фазы статора при 75 С.
Вычитая потери в статоре из потребляемой мощности, можно получить электромагнитную мощность Рэ, которая путем элек Рис. 1.1 Упрощенная Г-образная схема замещения асинхронной тромагнитной индукции поступает в ротор машины 18 1.3.4. Электромагнитный момент асинхронной машины Pэ = P1 - (Pст1 + Робм1) = Р1 - Рпот1. (1.11) Электромагнитная мощность связана с моментом асинхронной машины соотношением Возникающие в роторе потери состоят из потерь в стали Рсm2 и потерь в обмотке ротора Робм Рэ = М 2 n0. (1.18) Рпот2 = Рст2 + Робм2. (1.12) Используя выражение (1.17) и (1.13), а также схему замещения, получим приближенное уравнение для момента асинхронной ма При номинальном скольжении потери в стали очень малы и по шины (Нм) этому ими можно пренебречь. Электрические потери в обмотке r2' ротора можно рассчитать по формуле m U S М =, (1.19) ' Pобм2 = m1 (I2 )2 r2 '. (1.13) r2' ' n0[(r1 + )2 + (x1 + x2 )2 ] S Полная механическая мощность зависит от электромагнитной мощности и скольжения где U1 - напряжение, В;
r,x - сопротивления, Ом:
М,Рэ Рмех = Рэ (1- S). (1.14) Ммах Генераторный режим Потери в обмотке ротора пропорциональны скольжению Мп Робм2 Рэ S. (1.15) S 1 0 - 0 nкр n0 2n Полезная механическая мощность асинхронного двигателя Режим Р2 = Р1 -, (1.16) Режим тормоза двигателя Р где Р - сумма потерь в асинхронном двигателе.
Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя Р Р = = 1-. (1.17) Рис. 1.2 Механическая характеристика асинхронной машины Р1 Р 20 На характеристике следует отметить два значения момента, 2 r2' ' [ r1 + r12 + (x1 + x2 )2] важных с точки зрения эксплуатации. Это пусковой и максималь М S =. (1.23) ный моменты. Пусковой момент приближенно выражается (S=1) М r2' мах ' формулой + (x1 + x2) r1 + S m U12 r2' М =. (1.20,а) п ' n0[(r1 + r2' )2 + (x1 + x2 )2 ] Согласно (1.21) Приближенное значение максимального электромагнитного r2' ' r12 + (x1 + x2 )2 =. (1.24) момента в режиме двигателя Sкр m U Подставив (1.24) в (1.23), получим М =. (1.20,б) мах ' n0[(r1 + r12 + (x1 + x2 )2 ] r 2 1+ Skp Этот момент в режиме двигателя появляется при так называе r2' М =. (1.25) мом критическом скольжении Skp r М S мах + + 2 Skp Skp S r2' r2' Sкр =. (1.21) ' r12 + (x1 + x2 ) r Приближенно принимаем r1 r2' и Skp Skp, тогда r2' Если пренебречь сопротивлением r1, то r2' Sкр. (1.22) 2 (1+ Skp) М ' x1 + x2 =. (1.26) Skp М S мах + + 2 Skp Skp S Для практических построений механической характеристики пользуются формулами Клосса [9], которые позволяют, не имея параметров машины, построить зависимости М= f(S) по каталож Если в (1.26) пренебречь Skp в числителе и 2Skp в знаменателе, ным данным.
то получим упрощенную формулу [9] Возьмем отношение (1.19) к (1.20,б) 22 S n М =. (1.27) n0 nн Skp М S мах + S Skp S Sн Sкр 2 М мах Откуда М =. (1.28) Skp S + Skp S Далее, задаваясь скольжением S от 0 до 1, по формулам (1.25) или (1.28) строится механическая характеристика двигателя.
Для крупных машин, у которых сопротивлением r1 можно пре небречь, механическую характеристику можно строить по упро щенной формуле (1.28).
Мн Мп Ммах М Максимальное скольжение можно определить:
1) по параметрам машины (1.21);
Рис. 1.3 Механическая характеристика асинхронного двигателя 2) по упрощенному соотношению Skp=5Sн, где Sн - номиналь ное скольжение;
1.3.5. Пуск асинхронных двигателей 3) по приближенной формуле Skp = Sн ( + 2 -1), А. Двигатели с фазным ротором М мах Пуск в ход электродвигателей с фазным ротором производится где = - перегрузочная способность двигателя (прини М с помощью резистора включенного в цепь ротора (рис. 1.4). Та н кое включение уменьшает начальный пусковой ток и позволяет мается по паспорту или каталогу).
получить пусковой момент, близкий к максимальному моменту Момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квад двигателя. Ступени пускового резистора могут служить также для рату напряжения МU2.
регулирования частоты вращения двигателя. В этом случае пус Поэтому для построения механической характеристики при из корегулируемые резисторы должны выдерживать безопасный для менении напряжения нужно максимальный Ммах и пусковой Мп них нагрев достаточно длительное время.
моменты изменить пропорционально квадрату изменения подво Рассчитывают эти резисторы двумя способами: графическим и димого напряжения.
аналитическим.
Механическая характеристика двигателя, построенная по урав Графический метод основан на прямолинейности механических нению (1.28), приведена на рис. 1.3.
характеристик в области рабочих скольжений. Вначале строится рабочая часть механической характеристики.
24 ~ Для асинхронных электродвигателей обычно принимают М1=(1,82,5)Мн;
М2=(1,11,2)Мн, где номинальный момент дви гателя Мн в данном случае принимается равным нагрузочному а n б Мс, т.е. Мн=Мс.
Отрезок аб между горизонтальной прямой n1а и естественной n0 а механической характеристикой n1б соответствует внутреннему б активному сопротивлению, Ом, обмотки ротора r2;
в 1У,2У,3У г Sн r2 = R2.н, (1.29) rp 1У,2У Д R3 3У R где Sн - номинальное скольжение электродвигателя, %;
r3 2У 1У R2.н - активное сопротивление неподвижного ротора, Ом.
R r Ер.н 1У R2.н =, (1.30) 1,73 I р.н r1 М 0 Мн М2 М где Iр.н - номинальный ток ротора, А;
Рис. 1.3 Схема включения пусковых резисторов в цепь ротора Ер.н - эдс между кольцами неподвижного разомкнутого ро (а) и пусковые характеристики АД (б) тора, В.
Электродвижущую силу между кольцами замеряют с помощью вольтметра при заторможенном роторе или принимают по ката логу.
На вертикальной оси в определенном масштабе откладывают Отрезок дг в масштабе сопротивлений дает величину первой значения частоты вращения холостого хода n0, которые можно секции пускового резистора. Отрезки дг, гв и т.д. соответствуют определить по формуле (1.1) или по паспортным данным. сопротивлениям отдельных секций пускового резистора в поряд Из точки, соответствующей номинальному моменту, проводят ке их замыкания.
перпендикуляр Мна, откладывают на нем в масштабе значения Масштаб для сопротивлений, Ом/мм, mc= rp/аб.
частоты вращения ротора n1 и получают точку б (см. рис. 1.3.). При аналитическом расчете необходимо помнить, что для асин Соединяя прямой точку б с точкой идеального холостого хода хронных двигателей обычно принимают три-пять ступеней уско n0, получают естественную механическую характеристику двига- рения.
теля n0б. Далее, задаваясь максимальным М1 и переключающим Если число ступеней неизвестно, то их можно определить М2 пусковыми моментами, строим пусковые характеристики дви- гателя (рис. 1.3).
26 Практически короткозамкнутые двигатели можно пускать в ход lg следующими способами:
Sн M m =, (1.31) - прямым включением в сеть на полное напряжение;
lg - переключением при пуске обмотки статора со звезды на тре угольник;
где m - число ступеней резистора;
- введением при пуске в цепь статора активных и реактивных М1 - максимальный пусковой момент в процентах от но резисторов;
минального;
- помощью трансформаторов и автотрансформаторов и т.д.
Sн - номинальное скольжение, %;
Прямое включение двигателя на полное напряжение обеспечи = М1/М2 - отношение максимального пускового момента вает максимальный пусковой момент, но связано со значитель к переключающему.
ными пусковыми токами, которые могут вызвать в сетях большие Если число ступеней резистора известно, то можно опреде падения напряжения, величина которых зависит от соотношения лить по следующим формулам:
между мощностями пускаемого в ход двигателя и питающего его - для нормального режима пуска (задаемся моментом М2) трансформатора.
Пуск с помощью активного сопротивления в цепи статора при меняют обычно для двигателей до 50 кВт;
при большей мощности = m+1, (1.32) - с помощью индуктивного сопротивления.
Sн М В момент пуска в цепь каждой фазы обмотки статора включа ются активные или индуктивные резисторы, которые шунтируют где М2 задается в процентах от Мн;
ся по достижении двигателем частоты вращения близкой к номи - для форсированного режима пуска (задается моментом М1) нальной.
Резистор, включаемый в статорную обмотку, определяют за данными условиями снижения тока. Например, если требуется, чтобы ток при пуске с резистором составлял часть от пускового = m. (1.33) Sн М тока без резистора, то Iп.р.= Iп, где Iп.р - ток при включенном резисторе;
Iп - ток при отсутст вии пускового резистора.
Сопротивление отдельных секций резистора каждой фазы Активное или индуктивное сопротивление резистора на фазу:
r3 = rp ( -1);
r2 = r3 ;
r1 = r2.
r = (zk /)2 - xk 2 - rk (для дополнительного активного рези Б. Двигатели с короткозамкнутым ротором Пусковой ток короткозамкнутого электродвигателя достигает стора);
5-8-кратной величины номинального тока. При маломощной сети x = (zk /)2 - rk 2 - xk (для дополнительного индуктивного толчки тока вызывают значительное падение напряжения и тем резистора), самым отрицательно влияют на работу других приемников.
28 где Zк= Uн/(1,73Iп) - полное сопротивление фазы двигателя ка холостого хода. Для электродвигателей с фазным ротором эта при пуске, Ом;
Uн - номинальное линейное напряжение двигате- величина снижается до (2-3)Iхх. При этом тормозной момент ля;
rк=zkcosп - активное сопротивление фазы двигателя при обеспечивается в пределах (1,25-2,2)Мн.
пуске, Ом;
xк=zksinп - индуктивное сопротивление фазы двига- Величину тока холостого хода в процентах о номинального то теля при пуске, Ом;
ка можно приближенно определить по табл. 1.4.
М н п cosп = cosн + ki (1- н ) - (1.34) Таблица 1. М (1- Sн ) ki н - коэффициент мощности двигателя при пуске;
Мощность Синхронная частота вращения, об/мин Iп N эл. двигате ki = - кратность пускового тока;
вар. 3000 1500 1000 750 ля, кВт Iн = 1/ 3 - отношение потерь в меди к номинальным потерям. - 1 0,1 - 0,5 60 75 85 2 0,51 - 1,0 50 70 75 80 1.3.6. Торможение асинхронных двигателей 3 1,1 - 5,0 45 65 70 75 4 5,1 - 10,0 40 60 65 70 Динамическое торможение асинхронных двигателей заключа 5 10,1 - 25,0 30 55 60 65 ется в том, что статор отключается от сети переменного тока и на 6 25,1 - 50,0 20 50 55 60 время торможения подключается к источнику постоянного тока.
7 50,1Ц100,0 - 40 45 50 Постоянный ток создает в статоре неподвижное магнитное по 8 100,0 - 200,0 - 35 40 40 ле, в котором по инерции будет вращаться замкнутый ротор.
В обмотках ротора при этом индуцируется эдс и ток, т.е. двига Величину добавочного тормозного резистора, введенного в тель превращается в синхронный генератор с неподвижными по обмотку ротора, можно определить по формуле люсами, который обусловливает значительный тормозной мо мент, останавливающий двигатель. Тормозной момент зависит от Ер.н.
тока статора, а следовательно, от подводимого напряжения по rд = (0,2 0,4). (1.35) 1,73 I стоянного тока, сопротивлений статорной и роторной цепей, час р.н.
тоты вращения ротора.
Для увеличения тормозного момента в обмотку ротора вводят Напряжение постоянного тока, подводимое к обмотке статора активное сопротивление или увеличивают значение постоянного при различных схемах соединения обмоток (рис.1.4), определит тока, протекающего в цепи статора.
ся:
У электродвигателей с короткозамкнутым ротором начальные для схемы (рис.1.4, а): Uп=Iп2r1, тормозные моменты малы и для их увеличения необходимо пода для схемы (рис.1.4, б): Uп=Iп3r1, вать в статор постоянный ток, равный 4-5-кратному значению то для схемы (рис.1.4, в,г): Uп=Iп2/3r1, 30 для схемы (рис.1.4, д): Uп=Iп1/2r1, где r1 - активное сопротивление фазы статора;
Iп - постоянный ток. В режиме противовключения двигателем из сети потребляется большое количество энергии и протекает значительный ток. Рези стор, введенный в цепь ротора, ограничивает якорный ток и опре деляет тормозной момент двигателя.
а б Полное активное сопротивление резистора в цепи ротора при торможении противовключением:
Uп Uп Sн.пр Rp = rp, (1.36) Sн где Sн.пр - номинальное скольжение при противовключении;
Sн - номинальное скольжение.
М н в г Sн.пр = Sпр, (1.37) М пр Uп Uп где Мпр - момент двигателя при противовключении;
Sпр>1 - скольжение при противовключении n1 + n Sпр =. (1.38) n Полное активное сопротивление в режиме противовключения Rp состоит из активного сопротивления обмотки ротора rp, рези д Uп стора Rп и резистора ступени противовключения rпр Rp = rпр + Rп + rp. (1.39) Откуда rпр = Rp - Rп - rp. (1.40) Рис.1.4 Схемы соединения обмоток статора при питании постоянным током 32 Таблица 2. N 2. Машины постоянного тока вар.
Pн nн Ra Rв Iн Uн - кВт об/мин Ом Ом А В 2.1. Задание 1 2 3 4 5 6 1 0,3 1500 22,6 670 2,1 2.1.1. Описать конструкцию заданного электродвигателя, вы полнить эскизы продольного и поперечного сечений двигателей. 2 0,7 3000 5,3 670 4,3 На выполненные эскизы нанести обозначение основных элемен- 3 0,2 1000 26,8 785 1,4 тов конструкций, пояснить их назначение, назвать материалы, из 4 0,45 1500 11,76 785 2,9 которых изготовлены эти элементы, узлы и детали.
5 1,0 3000 3,29 785 6,0 6 0,45 750 9,48 605 2,9 7 0,3 1000 16,6 740 2,0 2.1.2. Задача.
8 0,7 1500 6,75 600 4,3 9 1,5 3000 1,99 600 9,0 Для двигателя постоянного тока параллельного возбуждения по 10 0,3 750 14,3 712 1,95 данным таблицы 2.1 определить вращающий момент двигателя в 11 0,45 1000 9,65 712 2,75 номинальном режиме Мн, частоту вращения якоря двигателя в 12 1,0 1500 4,17 712 5,9 режиме идеального холостого хода, подводимую мощность и 13 2,2 3000 1,03 712 12,5 коэффициент полезного действия.
14 0,7 1000 5,45 470 4,25 Рассчитать пусковой резистор по следующим условиям: нагру 15 1,5 1500 2,455 470 8,7 зочный момент Мс при пуске постоянный и равен 0,8Мн, пуск 16 3,2 3000 0,642 285 17,5 нормальный (число пусковых секций определить из расчета). Рас 17 0,7 750 4,98 564 4,2 чет провести графическим или аналитическим методом.
18 1,0 1000 3,17 358 5,7 Рассчитать сопротивление резистора динамического торможе 19 2,2 1500 1,205 358 12,0 ния, исходя из того, что пик тока якоря при торможении равен 20 4,5 3000 0,352 270 24,3 2Iн.
21 1,0 750 5,35 280 6,8 Рассчитать резистор противовключения по условию, чтобы пик 22 1,5 1000 2,9 280 9,3 момента при противоключении Мт= 2Мн.
23 3,2 1500 1,032 198 18,4 34 Продолжение табл. 2.1 Окончание табл 2. 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 24 6,0 3000 0,36 280 33,0 55 55,0 1500 0,0257 35,8 287,0 25 1,5 750 2,92 242 9,75 56 25,0 600 0,111 48,4 136,0 26 2,2 1000 1,75 243 13,3 57 42,0 750 0,049 37,8 222,0 27 4,5 1500 0,78 228 25,4 58 42,0 1000 0,547 48,4 219,0 28 2,2 750 1,91 168 13,6 59 75,0 1500 0,0138 31,8 381,0 29 3,2 1000 1,05 168 18,3 60 32,0 600 0,0749 37,8 172,0 30 6,0 1500 0,472 132 33,2 31 3,2 750 1,073 184 19,0 2.2. Методические указания 32 4,5 1000 0,632 184 25,2 33 8,0 1500 0,269 150 43,5 2.2.1. Основные положения 34 4,5 750 0,76 216 26,0 35 6,0 1000 0,494 158 32,6 220 Свойства двигателей постоянного тока в основном определяют ся способом питания обмотки возбуждения. В связи с этим разли 36 11,0 1500 0,187 133 59,5 чают двигатели с параллельным, независимым, последовательным 37 6,0 750 0,531 154 33,5 и смешанным возбуждением.
38 8,0 1000 0,328 136 43,0 Для контура лобмотка якоря - сеть, согласно второму закону 39 14,0 1500 0,1275 116 73,5 Кирхгофа, для двигательного режима (Е якоря, добавочных полюсов и щеток. ce Ф При работе машины постоянного тока в двигательном режиме Ia (Ra + Rп ) n = - снижение частоты, обусловленное суммар эдс и вращающий момент определяются се Ф ным падением напряжения во всех сопротивлениях, включенных в E = ce n Ф, (2.3) цепь якоря двигателя. Величина n определяет наклон скоростной n=f(Ia) и механи М = см Ф Ia, (2.4) ческой n=f(М) характеристик к оси абсцисс. где Ia - ток якоря; се,см - коэффициенты, зависящие от конст 2.2.2. Пуск электродвигателей постоянного тока руктивных параметров машины; Ф - основной магнитный поток. При пуске двигателя с параллельным возбуждением необходи Рэм.н мо выполнить два основных условия: не допустить чрезмерно М = 9,55, (2.5) н большого пускового тока, опасного для обмотки якоря, щеточных nн контактов и коллектора; обеспечить пусковой момент, необходи мый для разгона двигателя с рабочим механизмом. Эти условия где Рэм.н - номинальная электромагнитная мощность, обеспечиваются надлежащим выбором пускового резистора. При неподвижном якоре (n=0) индуцированная в обмотке якоря Рэм.н = Ен Iан. (2.6) эдс равна нулю, поэтому при пуске двигателя без пускового рези стора Rп ток в обмотке якоря Из (2.3) и (2.4) можно получить формулу для определения час тоты вращения U Iп =. (2.9) Ra U E - Ia Ra n = =. (2.7) ce Ф се Ф 38 Так как в машинах постоянного тока сопротивление якоря со- ставляет десятые и даже сотые доли ома, то в случае непосредст- U венного пуска в ход при полном напряжении в сети ток якоря бу- дет недопустимо большим. Поэтому пуск двигателя путем вклю- + R1 _ чения якоря на полное напряжение в сети применяется только для двигателей, имеющих сравнительно большое внутреннее сопро- R тивление. R Во всех прочих случаях ток в цепи якоря при пуске двигателя в ход ограничивают включением в цепь якоря пускового резистора. Ra r3 r2 r При этих условиях ток в цепи якоря K K U Iп =. (2.10) Я Ra + Rп ОВ 3У 2У 1У По мере увеличения частоты вращения якоря сопротивление пускового резистора следует уменьшить, так будет возрастать эдс, индуцируемая в якоре. Снижением сопротивления резистора при Рис. 2.2 Схема включения пусковых резисторов пуске, а также надлежащим выбором его значения добиваются то го, что пусковой ток и момент двигателя во время пуска колеб По горизонтальной оси откладывают пусковые моменты и токи: лются в заданных пределах, обеспечивая требуемые условия раз максимальный М1(I1) и минимальный М2(I2) моменты (рис.2.3) гона исполнительного механизма, R1,R2 и т.д. (рис. 2.2) будем на двигателя в конце разгона на любой из ступеней сопротивления. зывать сопротивлениями ступеней, r1,r2 и т.д. - резисторами сек Переключающий момент М1(I1) и момент М2(I2) для двигателей ций. Рассчитывают эти резисторы двумя методами: графическим и постоянного тока обычно принимают: аналитическим. При графическом расчете пускового резистора М1=(2 - 2,5)Мн; I1=(2 - 2,5)Iн; строят пусковую диаграмму (аналогично расчету асинхронного М2=(1,1 - 1,2)Мн; I2=(1,1 - 1,2)Iн, электродвигателя). где Мн и Iн номинальный момент и ток двигателя, которые со ответствуют в данном случае моменту нагрузки Мс, т.е. Мн=Мс, Iн=Iс. Сопротивление якорной цепи Ra принимается по каталогу или может быть определено по формуле U Ra = (0,5 - н ), (2.11) Ia 40 где н - коэффициент полезного действия. Прямая 1n0 будет первой характеристикой, соответствующей На оси ординат откладывают частоту вращения холостого хода полному сопротивлению пускового резистора. С точки 1 начина n0, которую можно определить по формуле ется разгон двигателя. При достижении двигателем переключаю щего момента М1 первую секцию пускового резистора Rп отклю Uн n0 = nн. (2.12) чают, что изобразится горизонтальной линией, проведенной через Uн - Iан Ra точку 2. При пересечении этой линии с перпендикуляром М1аТ n определится точка 3 второй искусственной характеристики. Отрезок гд в масштабе сопротивлений дает сопротивление пер вой секции Rп. Дальнейшее построение ясно из анализа рис. 2.3. n0 а Отрезки дг, гв, вб соответствуют сопротивлениям отдельных сек б ций пускового резистора в порядке их замыкания. в Масштаб для сопротивления, Ом/мм г r3 6 д r Ra 4 mc =, (2.13) r1 аб 2 где аб - отрезок прямой, соответствующий сопротивлению яко ря Ra. Если при построении окажется, что последняя горизонтальная линия 6,7 не пересекает естественную характеристику в точке 7, М(I) необходимо несколько изменить значение момента М2(I2) и по 0 Мн(Iн) М2(I2) М1(I1) вторить построение. При аналитическом расчете необходимо помнить, что число Рис. 2.3 Пусковые характеристики двигателя пусковых ступеней ускорения для двигателей малой мощности (до 10 кВт) равно 1-2, для двигателей средней мощности (до Из точки, соответствующей номинальному моменту, проводят 50 кВт) это 2-3, а для двигателей большой мощности 3-4. перпендикуляр Мна, откладывают на нем в масштабе частоту вра Если число ступеней неизвестно, то их можно определить по щения якоря nн, и получают точку б (см. рис. 2.3). формуле Соединяя прямой точку б с точкой идеального холостого хода n0, получают естественную механическую характеристику двига U н lg теля n0б. Ra I Отрезок аб между горизонтальной прямой n0а и естественной m =, (2.14) lg механической характеристикой n0б соответствует сопротивлению якорной цепи двигателя Ra. где m - число ступеней Rп; 42 I1 - максимальный пусковой ток электродвигателя; 2.2.3. Торможение двигателей постоянного тока I = - отношение максимального пускового тока к переклю Генераторный тормозной режим с отдачей энергии в сеть имеет I место, если на вал двигателя одновременно действуют моменты чающему. двигателя и механизма. Если момент механизма компенсирует Если число m получается дробным, то изменяют I1 или I2 так, момент холостого хода, то электродвигатель сначала достигает чтобы получилось целое число. Ели число ступеней резистора из частоты вращения идеального холостого хода n0. Соответственно вестно, то отношение можно определить по формулам: эдс превысит напряжение сети и ток можно определить по форму - для нормального режима пуска (редкие пуски) задаемся током ле переключения I2(M2) E -U I =. (2.19) Uн Ra = m+, (2.15) Ra I - для форсированного режима пуска (для напряженно работаю Ток будет иметь направление обратное направлению тока при щих приводов с большим числом включений в час) задаемся мак двигательном режиме, что соответствует отдаче энергии в сеть. симальным током I1(M1) Момент М на валу электрической машины изменит направление на противоположное и будет тормозным. Сопротивление доба вочного резистора Rд в этом режиме вводится в цепь якоря для получения желательной частоты вращения при заданном моменте Uн = m. (2.16) на валу машины. Ra I Для получения частоты вращения nm (торможения) при задан ном тормозном токе Im или тормозном моменте Мm, сопротивле Сопротивление отдельных ступеней определяется следующим ние добавочного резистора в цепи якоря Rд определяется выраже образом: нием U R1 R н U nт - n0 Uн М nт R1 = ; R2 = ; R3 = и т.д. (2.17) н т Rд = - Ra = - Ra. (2.20) I Iт n0 М Iн n н Сопротивление секций пускового резистора Тормозной режим противовключения применяется в подъемно - транспортных механизмах, когда электродвигатель, включенный U -1 Uн - н на подъем, вследствие того, что его момент меньше момента гру r1 = R1 - R2 = ; r2 = R2 - R3 = и т.д. (2.18) I1 I1 за, вращается на спуск. Режим противовключения применяется также для быстрого торможения и реверсирования электродвигателей, это достигается 44 изменением полярности на зажимах якоря или на обмотке возбу 3. Вопросы ждения. Тормозной момент Мm или ток Im обычно принимают в преде 1. Какой из известных способов регулирования частоты враще лах (2-3)Мн(Iн). ния асинхронных электродвигателей (АД) является наиболее эко Тормозной момент Мm и ток Im регулируют введением доба номичным? вочного резистора Rд в цепь якоря, сопротивление которого опре 2. Как перевести АД с фазным или короткозамкнутым ротором деляют из выражения в генераторный режим? 3. Как изменится скольжение АД, если напряжение на обмотке статора уменьшить по сравнению с Uн при номинальном моменте U Uн М на валу двигателя? н н Rд = 2 - Ra - Rп = 2 - Ra - Rп. (2.21) 4. Достоинства, недостатки и области применения АД с фазным Iт Iн М т ротором. 5. Поясните условия создания вращающегося магнитного поля В режиме динамического торможения якорная обмотка элек трехфазной обмотки. тродвигателя отключается от сети и замыкается на тормозной ре 6. Принцип действия, преимущества и недостатки АД с массив зистор Rд, а обмотка возбуждения остается включенной в сеть. В ным ротором. этом случае в якоре, который вращается по инерции, продолжает 7. В чем преимущества АД с глубокопазным ротором по срав индуцироваться эдс (-Е), и ток I= -E/Ra создает тормозной мо нению с АД с фазным и короткозамкнутым роторами? мент. 8. Как изменятся параметры и характеристики АД, если выпол Для определения сопротивления добавочного резистора Rд не нить обмотку статора из алюминия, а не из меди? обходимо задаться максимальным моментом Мm или током Im, 9. Как осуществить регулирование скорости АД без снижения который обычно принимают не более (2-3)Мн или (2-3)Iн максимального момента? 10. Во сколько раз уменьшатся номинальный пусковой фазо вый и линейный токи обмотки статора АД с короткозамкнутым U nт Uн М nт н н Rд = - Ra = - Ra. (2.22) ротором, а также пусковой момент, если при пуске обмотку стато Iт n0 Iн М n т ра соединить звездой вместо треугольника? 11. В каких случаях необходимо или целесообразно применять вместо АД с короткозамкнутым ротором двигатель с контактными кольцами? 12. У АД, работающего на холостом ходу, увеличили частоту вращения в 2 раза, а напряжение оставили без изменения. Как из менится момент АД? 13. У синхронного трехфазного двигателя нагрузка на валу уменьшилась в 3 раза. Как изменится частота вращения ротора? 46 14. Какую максимальную частоту вращения ротора может иметь 29. Поясните устройство и принцип действия трехфазных АД. АД в режиме идеального холостого хода при частоте сети 50 Гц? Перечислите их основные разновидности. Нарисуйте схему элек 15. Почему ток холостого хода АД составляет (0,25-0,5)Iн, а у трическую элементную подключения АД с фазным и коротко трансформаторов Ixx=(0,03-0,1)Iн? замкнутым роторами в сеть (мощность АД превышает 50 кВт). 16. В сети, питающей АД, напряжение уменьшили в 2 раза, а 30. Поясните устройство и принцип действия синхронного элек частоту вращения увеличили в 1,5 раза. Как измениться частота тродвигателя. Перечислите основные элементы его конструкции. вращения ротора, если АД работает в режиме идеального холо- Нарисуйте электрическую схему подключения двигателя при стого хода? асинхронном пуске. 17. Проанализируйте существующие способы пуска АД с ко- 31. Поясните применительно к СД выражения втянуться в син роткозамкнутым ротором. хронизмФ и Увыпасть из синхронизма. 18. Проанализируйте существующие способы пуска АД с кон- 32. Как влияет изменение скольжения на вращающий момент и тактными кольцами. Какова цель введения в ротор двигателя при коэффициент полезного действия АД? пуске добавочного резистора? 33. Может ли ротор асинхронного двигателя с контактными 20. В каких тормозных режимах может работать АД? Каково кольцами вращаться со скоростью вращения магнитного поля ста принципиальное отличие работы двигателя в тормозных режимах тора? Что необходимо для этого предпринять? по сравнению с двигательным режимом работы? 34. Почему синхронный электродвигатель не обладает пуско 21. Почему при изменении чередования двух фаз трехфазный вым моментом? Проанализируйте способы пуска СД. АД будет вращаться в другую сторону, а при изменении чередо- 35. Почему сердечник статора СД необходимо собирать из от вания сразу трех фаз - в ту же сторону? дельных листов электротехнической стали, а ротор может быть 22. Нарисуйте механические характеристики АД для всех из- изготовлен массивным? вестных случаев регулирования скорости. Остановитесь на спосо- 36. Конструкция и принцип действия шагового электродвигате бах их получения и области применения. ля. 23. Нарисуйте механические характеристики АД для всех из- 37. Назначение коллектора в машинах постоянного тока при ра вестных случаев торможения. Остановитесь на способах их полу- боте в генераторном и двигательном режимах. чения. 38. Почему при значении момента нагрузки на валу синхронно 24. Поясните принцип действия и конструкцию асинхронного го двигателя больше максимального момента двигатель останав линейного электродвигателя. ливается? 25. Какие параметры и характеристики АД изменятся, если при 39. Как влияет реакция якоря на распределение основного маг изготовлении увеличить воздушный зазор в два раза? нитного потока в воздушном зазоре при работе машины постоян 26. К каким последствиям может привести работа АД с пони- ного тока в двигательном режиме? женным напряжением? 40. Назначение дополнительных полюсов и компенсационной 27. Какие преимущества и недостатки имеет АД с массивным обмотки в машине постоянного тока. Показать включение ротором? дополнительных полюсов и компенсационной обмотки на 28. Оценить технико-экономические показатели, особенности, примере электрической схемы двигателя постоянного тока с преимущества и недостатки тормозных режимов АД. независимым возбуждением. 48 41. Условия самовозбуждения генератора постоянного тока па- 54. Как влияет шунтирование обмотки якоря сопротивлением на раллельного возбуждения. конфигурацию механической характеристики, угловую скорость, 42. Проведите сравнительный анализ механических характери- ток якоря, электромагнитный момент электродвигателя последо стик двигателей последовательного и параллельного возбуждения. вательного возбуждения при неизменной нагрузке на валу? 43. Почему при обрыве обмотки возбуждения у двигателей по- 55. Объясните, почему при шунтировании якоря определенным стоянного тока (ДПТ) с параллельным возбуждение ток обмотки сопротивлением двигатель последовательного возбуждения мож якоря увеличивается и становится опасным для двигателя? но пускать без нагрузки на валу. 44. Поясните на электрической схеме работу ДПТ в режиме ди- 56. Что понимается под механической характеристикой меха намического торможения с самовозбуждением. низма и электродвигателя? Какой наклон они должны иметь для 45. Почему во время пуска ДПТ по мере его разгона уменьшает- обеспечения устойчивой работы электрифицированного объекта? ся ток якоря? 57. Какова цель введения в ротор АД с контактными кольцами 46. При каких условиях у ДПТ с последовательным возбужде- при пуске добавочного сопротивления? нием частота вращения якоря стремится к бесконечности? 58. В каких тормозных режимах может работать ДПТ с парал 47. Объясните, почему ДПТ смешанного и параллельного воз- лельным возбуждением? Как фактически осуществить эти режи буждения можно, а ДПТ последовательного возбуждения нельзя мы? пускать без нагрузки на валу при обычной схеме соединения. 59. В каких тормозных режимах в электрических машинах не 48. Какова цель ограничения пускового тока, как она осуществ- обходимо контролировать частоту вращения? В каких целях и ка ляется на практике и каковы должны быть его значения? ким образом это делается? 49. Как практически осуществить режимы противовключения 60. Как изменится конфигурация механической характеристики для ДПТ (электромагнитного тормоза и противотока), динамиче- и электромагнитный момент АД при включении в обмотки стато ского и регулируемого торможений? Дайте определение этих ре- ра дополнительных резисторов? жимов работы, рассмотрите физику процесса и дайте сравнение их 61. Почему при значении момента нагрузки на валу синхронно технико - экономических показателей по быстродействию, поте- го электродвигателя больше момента критического двигатель ос рям и другим особенностям. танавливается? 50. Какими способами можно уменьшить скорость двигателя последовательного возбуждения? Библиографический список 51. Как осуществить регулирование скорости АД без снижения максимального момента? 1. Брускин Д. Э. Электрические машины: В 2 ч./Д.Э. Брускин, 52. Как изменится КПД, cos, скольжение АД, если вместо алю А. Е. Зорохович, В. С. Хвостов. - М.: Высш. шк., 1987. миниевой беличьей клетки установить клетку с теми же 2. Хвостов В. С. Электрические машины постоянного тока/ В.С. размерами, но из материала с большим удельным сопротивлени Хвостов; Под ред. И. П. Копылова. - М.:Высш. шк., 1988. ем, например, из бронзы? 3. Рабинович Э. А. Сборник задач по общей электротехнике./ 53. Для каких двигателей и с какой целью применяют шунтиро Э. А. Рабинович, В. Д. Сургуев. - М. ЦЛ., Энергия, 1964. вание обмотки якоря и обмотки возбуждения сопротивлением? 4. Сборник задач по электротехнике и основам электроники: Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов/ В. Г. Герасимов, Х. Э. Зайдель, В. В. Кочен-Далин и др.; Под ред. В. Г. Герасимова. - М.: Высш. шк., 1987. 5. Липатов Д. Н. Вопросы и задачи по электротехнике для про граммированного обучения.: Учеб. пособие для студентов вузов/ Д. Н. Липатов. - М.:, Энергия, 1973. 6. Вешеневский С. Н. Характеристики двигателей в электропри воде/ С. Н. Вешеневский. - М.:, Энергия, 1977. 7. Кацман М. М. Электрические машины. - М., Высш. шк., 1969. 8. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Под общ. ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. 9. Копылов И. П. Электрические машины/ И. П. Копылов. - М.: Энергоатомиздат, 2000. Учебное издание Электрические машины Методические указания и контрольные задания дисц. Электротехника и электроника Составитель КРИЦШТЕЙН Александр Михайлович Редактор Н.А. Евдокимова Подписано в печать 30.03.03. Формат 60*84/ Бумага писчая. Печать трафаретная. Усл. п.л.3,03. Уч. - изд.л. 2,80. Тираж 250 экз. Заказ Ульяновский государственный технический университет 432027, Ульяновск, ул. Сев. Венец, 32. Типография УГТУ,. 432027,г. Ульяновск ул. Сев. Венец, 32.