Схема замещения асинхронного двигателя

Схема замещения асинхронного двигателя

При практических расчетах вместо реального асинхронного двигателя, на схеме его заменяют эквивалентной схемой замещения, в которой электромагнитная связь заменена на электрическую. При этом параметры цепи ротора приводятся к параметрам цепи статора.

По сути, схема замещения асинхронного двигателя аналогична схеме замещения трансформатора. Различие в том, что у асинхронного двигателя электрическая энергия преобразуется в механическую энергию, поэтому на схеме замещения добавляют переменное активное сопротивление r₂‘(1-s)/s, которое зависит от скольжения. В трансформаторе, аналогом этого сопротивления является сопротивление нагрузки Z_н.

Величина скольжения определяет переменное сопротивление, например, при отсутствии нагрузки на валу, скольжение практически равно нулю s≈0, а значит переменное сопротивление равно бесконечности, что соответствует режиму холостого хода. И наоборот, при перегрузке двигателя, s=1, а значит сопротивление равно нулю, что соответствует режиму короткого замыкания.

Как и у трансформатора, у асинхронного двигателя есть Т-образная схемазамещения.

33)Конструкции проводов воздушных ЛЭП (линий электропередач)

а — общий вид многопроволочного провода; б — сечение однопроволочного провода; в, г — сечения многопроволочных проводов из одного и двух металлов; д — сечение пуcтотелого провода

На воздушных линиях применяются неизолированные провода, т. е. без изолирующих покровов.

Воздушные линии электропередач могут выполняться с одним или несколькими проводами в фазе; во втором случае фаза называется расщепленной.

Диаметр проводов, их сечение и количество в фазе, а также расстояние между проводами расщепленной фазы определяются расчетом.

По конструктивному исполнению делают одно- и многопроволочные провода и полые провода.

Однопроволочныепровода состоят из одной круглой проволоки. Они дешевле многопроволочных, но имеют меньшую механическую прочность. Стальныеоднопроволочные провода (ПСО) применяют редко из-за высокого удельного электрического сопротивления стали. Обычно они используются при небольших нагрузках в сельскохозяйственных сетях. Алюминиевыеоднопро­волочные провода вообще не выпускаются промышленностью из-за низкой механической прочности.

Многопроволочные алюминиевыепровода обычно применяются в сетях на 0,38 кВ. При более высоких напряжениях используютсталеалюминиевыепровода марок АС, АСКС, АСК.

32)Устройство воздушных ЛЭП.

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) — сооружения, представляющие собой совокупность различных элементов, предназначенные для распределения, организации связи пунктов энергосистемы — передачи на расстояние электроэнергии.Виды ВЛ. В зависимости от своего назначения ВЛ разделяются на распределительные, питающие, системообразующие и межсистемные. По роду тока различают линии переменного (напряжением 0,4-1250 кВ) и постоянного (800, 1500 кВ) тока. Режимом работы нейтрали определяется характеристика линий (с глухозаземленной, изолированной или компенсированной нейтралью).

Конструкция ВЛ. Главными элементами конструкции ВЛ являются:

Провода, по которым осуществляется передача электроэнергии. Используются одно-, многопроволочные и полые, выполненные из алюминия, меди или сталеалюминия провода.

Опоры – конструктивные элементы, необходимые для поддержки проводов ВЛ на необходимой от поверхности земли, строений, других линий и пр. высоте. В свою очередь, по своей функциональности опоры разделяются на:

— анкерные, являющиеся основными несущими конструкциями ВЛ и служат для закрепле­ния к ним проводов в наиболее ответственных участках линии;
— промежуточные, устанавливаются на прямых участках ВЛ и служат для поддержания проводов в пролетах. Наибольшее количество опор в линиях (85-90 %) приходится на этот вид опор;
— угловые, используемые в ВЛ на участках с изменением направления линии. На углах поворотов менее 30° используют угловые промежуточные, при больших значениях градуса угла поворота — угловые анкерные опоры.

Изоляторы — электротехнические устройства, предназначенные для закрепления токоведущих проводов линий на опорах и обеспечивающие изоляцию между этими элементами (см. Разновидности изоляторов);

Грозозащитный трос — молниеотвод, используемый в определенных случаях в качестве меры усиления грозозащиты, представляющий собой заземленный канат, натянутый вдоль ВЛ над ее проводами;

Линейная арматура (сцепная, соединительная, защитная, распорная) — детали, предназначенные для соединения, закрепления проводов к изоляторам, соединения последних в гирлянды, закрепления тросов и пр.

31) Конструктивное выполнение электрических сетей.
Для выполнения электрических сетей применяютсянеизолированные (голые) и изолированные провода, кабели, токопроводы.
Голые провода можно прокладывать только в условиях, исключающих случайные прикосновения к ним людей, что может привести к замыканию. Наибольшее распространение — на воздушных линиях, расположенных на открытом воздухе. Провода подвешиваются к опорам при помощи изоляторов и арматуры.
Большинство сетей напряжением до 1 кВ внутри помещений выполняются изолированными проводами: име ющими изолирующие,защитные покровы.
Кабелем называется многопроволочный провод или несколько скрученных вместе изолированных проводов при помещении их в общую герметическую оболочку. Силовые кабели предназначены для прокладки в земле, под водой, на открытом воздухе и внутри помещений
Токопроводом называют устройство, предназначенное для канализании электроэнергии при открытой прокладке в производственных и электротехнических помещениях, по опорным конструкциям, колоннам и фермам зданий. К токопроводам относятся шинные магистрали различного исполнения, которые называют ся шинопроводами.
Материалами для токоведущих частей проводов и кабелей являются медь, алюминий, их сплавы и сталь.

30)Механическая характеристика асинхронного двигателя.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2).

Ном. мощность: P1н =Pн / ηн;

Число пар полюсов p = 60 f / n1

Ном. скольжение sн = (n1 — nн) / n1;

Ном. момент на валу двигателя

Кр. момент Мк = kм х Мн;Кр. скольжение sкр= ; n = (n1 — s);

34. Изоляторы воздушных ЛЭП.

— Фарфоровые штыревые типа ШС-6, ШС-10 с напряжением 6..10 кВ; фарфоровые штыревые типа ШФ-20, ШД-35 с напряжением 20..35 кВ; -подвесные фарфоровые или стеклянные изоляторы с напряжением 35 кВ.

Подвесные изоляторы собираются в гирлянды: поддерживающие (вертикальные) и натяжные (горизонтальные). На металлических опорах берётся на 1-2 изолятора больше.

35. Опоры воздушных линий.

По материалу: деревянные, металлические, ж/б. По назначению: промежуточные, анкерные, угловые и концевые. Бывают одно- и двухцепные, с тросом и без троса. Чаще используются промежуточные опоры.

Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках линии. Анкерные — через определенное число пролетов с жестким закреплением проводов. Концевые – при подходе к подстанциям. Угловые – в точках поворота линии. На линиях с напряжением 220 В и выше расщепляют провода – подводят несколько проводов к фазе.

Расположение проводов и тросах на опорах. а) по вершинам треуг. – на линиях до 35 кВ и на одноцепных 110 кВ на метал. и ж/б опорах. б) горизонтальные. – на линиях до 110 кВ и выше на метал. и ж/б опорах. в) для двухцепных опор.

В точках линии, где провода линии меняются местами, устанавливают транспозиционные опоры.

36. Конструкции кабелей.

Кабель – это готовое заводское изделие, силовые кабели с напряжением до 110 кВ. Состав силовых кабелей: 1) токопроводящие жилы, 2) изоляция, 3) оболочка, 4) экран, 5) защ.покров.

Схема силового кабеля:

По форме сечения жилы одножильных кабелей круглые, многожильных – сегментные/секторные. В основном – алюминиевые жилы, редко – медные. Изоляция жил – из кабельной бумаги, пропитанной составом из масла, резины. Оболочка – свинец, алюминий, резина.Слой поясной изоляции – в каблях с напряжением выше 1 кВ для повышения электрической прочности, может изолироваться жилами и оболочкой. Броня – из стальных лент или стальных оцинкованных проволок. Концы кабеля герметично заделывают.

37. Способы прокладки кабелей.

Кабели 6-10 кВ применяются на предприятиях небольшой/средней мощности и в городских сетях.

Трасса кабельных линий делается кратчайшей, с учетом наиболее дешевого обеспечения их защиты от мех.повреждения, коррозии, вибраций, перегрева.

Способы прокладки: в траншеях, каналах, туннелях, блоках, эстакадах. Самая простая – в траншеях. Глубина – не менее 800 м, глубина заложения кабеля – не менее 700 м. Прокладывают не на проезжей части, на расст. не менее: 600 мм от фундаментов, 500 мм от трубопроводов, 2000 мм до теплопроводов. При разрытиях кабели повреждаются. Не используется прокладка более 6ти кабелей в одной траншее.

Т-образная и Г-образная схемы замещения асинхронного двигателя.

При практических расчетах вместо реального асинхронного двигателя, на схеме его заменяют эквивалентной схемой замещения, в которой электромагнитная связь заменена на электрическую с сохранением энергетических соотношений в асинхронном двигателе. При этом параметры цепи ротора приводятся к параметрам цепи статора.

У асинхронного двигателя электрическая энергия преобразуется в механическую, поэтому на схеме замещения добавляют переменное активное сопротивление моделирующее механическую нагрузку на валу, которое зависит от скольжения.
Т-образная схема замещения асинхронного двигателя подобна аналогичной схеме трансформатора.

Система уравнений, описывающих электрическое состояние цепи статора и ротора, и магнитное состояние машины:

Более удобной при практических расчетах является Г-образная схема замещения

В Г-образной схеме намагничивающая ветвь вынесена к выходным зажимам. Так, вместо трех ветвей ветвей получают две ветви, первая-намагничивающая ,вторая-рабочая.

7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя с приведенным ротором

Параметры обмотки ротора приводят к обмотке статора, чтобы векторы ЭДС, напряжений и токов обмоток статора и ротора можно было изобразить на одной векторной диаграмме. При этом обмотку ротора с числом фаз m2, с числом витков фазы w2 и обмоточным коэффициентом kоб2 заменяют обмоткой с m1, w1, коб1, а мощности и фазовые сдвиги векторов ЭДС и токов ротора должны остаться без изменений. Пересчет реальных параметров обмотки ротора на приведенные выполняются по формулам, аналогичным формулам приведения. При неподвижном роторе приведенная ЭДС ротора равна , где – коэффициент трансформации напряжения в асинхронной машине при неподвижном роторе.

Приведенный ток ротора , где – коэффициент трансформации тока асинхронной машины.

В отличие от трансформаторов в асинхронных двигателях коэффициенты трансформации напряжения и тока не равны ( ). Объясняется это тем, что число фаз в обмотках статора и короткозамкнутого ротора не одинаково ( ). Лишь в двигателях с фазным ротором, у которых , эти коэффициенты равны.

Приведенные сопротивления фазы обмотки ротора ;

Уравнение напряжения обмотки ротора в приведенном виде

.

Величину можно представить в следующем виде

в результате уравнение напряжения для обмотки ротора в приведенном виде:

.

Отсюда следует вывод, что асинхронный двигатель в электрическом отношении подобен трансформатору, работающему на чисто активную нагрузку.

Для асинхронного двигателя, так же как и для трансформатора, векторная диаграмма строится по уравнениям токов и напряжений обмоток статора и ротора.

Угол сдвига фаз между ЭДС и током .

Уравнениям напряжений и токов, а также векторной диаграмме соответствуют электрические схемы замещения асинхронного двигателя.

Привидение параметров роторной обмотки к статорной

Под приведенной роторной обмоткой понимается такая эквивалентная роторная обмотка, которая имеет такое же число фаз, такое же число витков, как и обмотка статора.

Приведение параметров делают для того, что наглядно можно было представить все вектора токов и напряжений на векторной диаграмме и произвести количественный анализ процессов, которые происходят в асинхронной машине.

1)

— коэффициент трансформации по ЭДС

2) (полная мощность ротора до и после привидения должна быть неизменной)

,

где — коэффициент трансформации по току.

3) (потери в роторе до и после приведения должны быть неизменными)

,

где . Для двигателей с фазным ротором

,

4) (угол сдвига между ЭДС и током ротора до и после приведения должен быть неизменным)

,

Соответственно . Далее во всех схемах замещения и на векторных диаграммах будем использовать приведенные параметры ротора.

Приведение асинхронного двигателя к эквивалентному трансформатору

По физическому смыслу работа асинхронного двигателя аналогична трансформатору, поэтому его работу и приводят к режиму трансформатора. Но у асинхронного двигателя имеются отличия от трансформатора:

1) Ротор асинхронного двигателя вращается, а трансформатор неподвижный статический аппарат. Поэтому первой задачей будет приведение асинхронного двигателя к неподвижному состоянию.

Запишем выражение для тока ротора

— ток во вращающемся роторе

Разделим числитель и знаменатель на скольжение S, тогда

— ток при неподвином роторе,

т.к. его выразили через E₂ и X₂ – неподвижного ротора.

Схема замещения роторной цепи

2) Асинхронный двигатель отдает с вала механическую мощность, а трансформатор электрическую. Решим эту задачу.

Тогда схема замещения для роторной цепи будет иметь вид

Полная мощность, переданная на ротор равна E₂I_2.

В роторной цепи она теряется только на активных элементах. Сопротивление r₂ обычно мало, поэтому мощность теряемая на сопротивлении

будет эквивалентна механической мощности, которую развивает двигатель.

Итак, работу асинхронного двигателя можно свести к работе трансформатора. Отсюда векторная диаграмма и схема замещения асинхронного двигателя будут аналогичны векторной диаграмме и схеме замещения трансформатора.

Векторная диаграмма асинхронного двигателя

Запишем основные уравнения ЭДС и токов для асинхронного двигателя и на основании этих уравнений построим векторную диаграмму.

1.

2. , ,

3. Выведем уравнение для токов

,

Для двухслойной обмотки

,

, ,

,

На основании уравнений 1, 2, 3 построим векторную диаграмму для асинхронного двигателя. Из построения векторной диаграммы видно, что она во многом аналогична векторной диаграмме трансформатора при нагрузке.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Эквивалентная схема асинхронного двигателя

Главное меню

• Главная
• Паровые машины
• Двигатели внутреннего сгорания
• Электродвигатели
• Автоматическое регулирование двигателей
• Восстановление и ремонт двигателей СМД
• Топливо для двигателей
• Карта сайта

Судовые двигатели

• Судовые двигатели внутреннего сгорания
• Судовые паровые турбины
• Судовые газовые турбины
• Судовые дизельные установки

В современной электроэнергетике почти повсеместно пе­ременный ток вытесняет постоянный. Это объясняется многими преимуществами машин переменного тока в сравнении с ма­шинами постоянного тока. В частности, у машин переменного тока вес, габариты и стоимость меньше, а к. п. д. выше; они проще в обслуживании, долговечнее и надежнее машин посто­янного тока. Правда, электродвигатели переменного тока хуже поддаются регулировке, они развивают значительно меньшие пусковые моменты. Поэтому, если от электродвигателей требу­ются высокие регулировочные качества и повышенные пусковые моменты, применяют электродвигатели постоянного тока.

Привод механизмов портовых подъемно-транспортных машин чаще всего осуществляется асинхронными электродвига­телями трехфазного переменного тока, получившими наибольшее распространение в электроэнергетике. Зависимости от исполнения ротора, различают асин­хронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором (с контактными кольцами). Принципиальная схема включения этих электродвигателей приведена на рис. 40..

Из курса электротехники известно, что принцип действия асинхронных электродвигателей основан на использовании так называемого вращающегося магнитного поля. При подаче трехфазного тока в обмотке статора создается магнитное поле, вращающееся со скоростью

где f— частота тока в обмотке статора;

р — число пар полюсов обмотки статора.

Эта скорость называется синхронной. Магнитное поле статора, (пересекая обмотку ротора, наводит в ней э. д. с., ко­торая создает в цепи ротора ток. Последний, взаимодействуя с магнитным полем статора, образует вращающий момент, заставляющий ротор вращаться в ту же сторону, что и магнит­ное поле статора. При нормальной работе асинхронного электродвигателя его ротор вращается со скоростью п _{2 1} . Если бы скорость вращения ротора была равна скорости, с которой вращается магнитное поле статора, то последнее относительно ротора было бы неподвижным. В этом случае э. д. с. и ток в обмотке ротора были бы равны нулю и никакого вращающего момента не возникло бы.

Величиной, характеризующей работу асинхронного электро­двигателя, является скольжение s :

где n ₁ —синхронная скорость;

n ₂ — скорость вращения ротора.

Зная скольжение, нетрудно определить скорость вращения электродвигателя

При работе электродвигателя без нагрузки скорость его близка к синхронной, а скольжение очень мало.

Двигательный режим асинхронного электродвигателя имеет место при скольжениях, изменяющихся в пределах от 0 до 1, при этом число оборотов ротора изменяется от n ₁ до 0. Номинальная величина скольжения асинхронного электродви­гателя составляет 0,03—0,1, причем первая цифра относится к более мощным, а вторая — к менее мощным электродвигателям (до 10—20 квт).

Очевидно, s = 0 в том случае, когда ротор вращается с син­хронной скоростью n ₁ . Можно считать, что на холостом ходу электродвигателя его ротор вращается с этой скоростью, если не учитывается трение.

Величина скольжения s =1, когда ротор электродвигателя не вращается при включенной обмотке статора. Этот режим называют режимом короткого замыкания электродвигателя (или режимом стоянки под током). Получить режим короткого замыкания можно, искусственно затормозив ротор или пере­грузив электродвигатель до полной остановки его. Пуск асин­хронного электродвигателя также начинается именно с этого режима.

Выражение (81) показывает, что скольжение может изме­няться гораздо в больших пределах, чем указано выше. Дей­ствительно, ротор электродвигателя под действием посторон­него источника механической энергии (например, под действи­ем опускающегося груза) может вращаться со скоростью больше синхронной. В этом случае скольжение будет отрицательным (s ₂ >n ₁ .

Можно также представить, что ротор электродвигателя под действием опускающегося груза вращается в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля ста­тора. В этом случае s>1, так как в выражение (81) величи­ну п ₂ нужно подставить с отрицательным знаком. Такой ре­жим называется режимом противовключения.

Таким образом, теоретически скольжение асинхронного электродвигателя может изменяться в пределах от —? до + ?. Практически же скольжение асинхронного электродви­гателя при работе последнего в двигательном и тормозных режима« изменяется в пределах от —2 до +2.

Из курса электрических машин известно, что для асинхрон­ного электродвигателя может быть составлена схема замеще­ния, с помощью которой производится анализ работы электродвигателя и исследуются режимы его работы. На рис. 41 при­ведена упрощенная схема замещения асинхронного электро­двигателя, в которой приняты следующие обозначения:

U ₁ — фазное напряжение обмотки статора, в;

I ₁ — фазный ток обмотки статора, а;

I ₀ — фазный ток холостого хода электродвигателя, а;

I ₂ — приведенный фазный ток обмотки ротора, а;

r ₁ и х ₁ — активное и индуктивное сопротивления фазы обмотки статора, ом;

r ₂ ’ и х ₂ ‘ — приведенные активное и индуктивное сопротивления фазы обмотки ротора, ом.

Для приведенных величин могут быть выведены следующие соотношения:

где т ₁ и т ₂ — число фаз обмоток статора и ротора;

к = U _1н / E _2н — коэффициент трансформации э. д. с. (U _1н — номи­нальное фазное напряжение обмотки статора; E _2н — фазная э. д. с. обмотки ротора при разом­кнутых контактных кольцах).

Мощность Р ₁ забираемая электродвигателем из сети, опре­деляется напряжением сети U ₁ , током статора I ₁ зависящим от нагрузки, и коэффициентом мощности cos? т.е.

Мощность на валу электродвигателя зависит от его к. п. д.? и может быть вычислена по формуле

Если пренебречь механическими и вентиляционными поте­рями, которые незначительны, то можно считать, что механи­ческая мощность асинхронного электродвигателя (мощность на валу) равна, потерям мощности в сопротивлении схемы замещения, приведенной на рис. 41, т. е.

где т ₂ = т ₁ — приведенное число фаз обмотки ротора.

Между токами асинхронного электродвигателя, согласно схеме замещения, существует зависимость

Ток статора асинхронных электродвигателей I ₁ очень велик даже при отсутствии нагрузки на валу. Это объясняется тем, что намагничивающий ток этих электродвигателей составляет 50—70% номинального тока статора.