• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Робочі характеристики асинхронного двигуна

6.2.1 Робочими характеристиками асинхронного двигуна називаються залежності від потужності Р₂ або від коефіцієнта завантаження (Р₂/Р_2н):

частоти обертання ротора n₂ (або ковзання);

коефіцієнта корисної дії η;

коефіцієнта потужності (cosφ_і );

струму статора I_i;

моменту на валі М₂.

Робочі характеристики визначають експериментально або будують теоретично при постійних напрузі на статорі (U₁=const) і частоті (f₁= const).

6.2.2 З метою зменшення втрат потужності в роторі і для підвищення ККД двигуни проектують з невеликим номінальним ковзанням. Тому залежність n2 =f(Р₂/Р_2н), яка називається швидкісною характеристикою, є жорстка (мал. 10.19). Таким чином, частота обертання ротора при переході від холостого ходу до номінального навантаження зменшується незначно (на 2...6%).

Рисунок 6.3 Робочі характеристики асинхронного двигуна.

6.3.3 Залежності ККД і коефіцієнта потужності носять такий же характер,що і для трансформаторів, тобто максимум ККД відповідає навантаженню 70...85 % від номінальної. Незначний максимум має і крива

cosφ = f(Р₂/Р_2н)

Робота асинхронного двигуна при невеликому навантаженні енергетично невигідна через мале значення коефіцієнта потужності. Максимальний коефіцієнт потужності для асинхронного двигуна:

малої і середньої потужності (1... 100 квт) — 0,7...0,9;

великої потужності (понад 100 квт) — 0,9...0,92.

6.3.4. Обертаючий момент на валу входить у співвідношення:

Р2 = М₂·ω₂. (275)

Оскільки швидкісна характеристика є жорсткою, залежність майже лінійна. Потрібно пам'ятати, що момент на валові М₂ менше, ніж електромагнітний момент, на величину механічних і додаткових утрат.

6.3.5. Струм статора І₁ — це струм, що споживає двигун від мережі. Залежність І₁ = f(Р₂/Р_2н) має майже лінійний характер.

7 Електропривод

7.1 Основні визначення

7.1.1 Електричний двигун перетворює електричну энеренергію в обертальний рух, створює обертальний момент. Цей момент використовується для роботи виконавчого механізму.

Для спільної роботи двигуна і виконавчого механізму необхідні механічні елементи, що узгоджують, і елементи керування двигуном, захисту і т.п.

Електроприводом називається електромеханічна система, що складається з електродвигуна (електродвигунів), передатного механізма, апаратури й елементів керування, захисту й охолодження.

7.1.2 Груповий привод передбачає використання електродвигуна для декількох споживачів, у цьому випадку застосовують двигуни дуже великої потужності. Звичайно ККД таких двигунів досить високий (значно вище, ніж ККД двигунів малої потужності). Але оскільки груповий привод має потребу в численних механічних пристроях для узгодження то вони майже не використовуються.

Одиночний (індивідуальний) привод передбачає використання менших по габаритах і потужності електричних двигунів, що мають більш низький ККД. Але завдяки кращому ув'язуванню з робочою машиною такий привод у загальному більш економічний. При використанні в приводі тільки одного двигуна можна обходитися без механічних пристроїв, що узгоджують їх роботу. Іноді це досягається використанням декількох двигунів з різними характеристиками для окремих робочих органів виконавчого механізму. У ряді випадків передаточні пристрої можна спростити або зовсім не використовувати завдяки застосуванню двигунів з регульованою швидкістю обертання вала.

7.1.3 Керування виконавчим механізмом зв'язано зі зміною характеристик механічного передатного пристрою (зубчаті з'єднання, муфти, фрикціони й ін.). Електропривод дає можливість замінити механічне керування електричним або електромеханічним. Таке керування можна автоматизувати, воно підвищує темп роботи механізму, виконує функції захисту, контролю й у цілому збільшує ефективність роботи виконавчого механізму.

7.1.4 Електричний двигун надає руху передавальному механізмові і робочій машині. Навантаження на валу двигуна складаються зі статичної і динамічної складових. Статична складова (М_ст) обумовлена моментами опору обертанню вала (сили різання, тертя, ваги й ін.).

Динамічна складова (М_дин) виникає при зміні оборотів усіх рухливих частин привода, тобто

М=М_ст +М_дин, ()

де М— обертаючий момент двигуна.

7.1.5. Звичайно між високо швидкісним двигуном і низько швидкісною робочою машиною є передавальний механізм. Дуже важливо розрахувати момент інерції системи з різними швидкостями обертання окремих частин привода. Користуються штучним способом приведення системи, тобто систему електропривода заміняють одним елементом, що обертається з кутовою швидкістю двигуна. Умовою приведення є постійні енергетичні умови:

, (0)

де М — приведений момент робочої машини; ω — кутова швидкість вала двигуна; М_м — дійсний момент робочої машини; ω_м— кутова швидкість робочої машини.

Передатний коефіцієнт

, ()

7.2 Режими роботи електропривода

7.2.1. Втрати в електричному двигуні перетворяться в теплову енергію. Нагрівання двигуна змінюється по експоненті (мал. 7.1). Вважають, що потужність двигуна обрана правильно, якщо його температура досягає припустимого значення при тривалій роботі електропривода.

Охолодження двигунів електропривода можна реалізувати різними шляхами.

Природне охолодження — це охолодження двигуна за рахунок обертового ротора. Двигун при цьому не має спеціального пристрою для збільшення швидкості повітря.

При само охолодженні в зазори між статором і ротором повітря нагнітається вентилятором, розташованим на роторі.

При примусовому охолодженні холодне повітря нагнітається вентилятором, що має спеціальний привод.

7.2.2. Режими роботи електродвигуна розрізняють по часу його включення і часу паузи. Можна привести три режиму роботи:

· тривалий;

· короткочасний;

· повторно-короткочасний.

При тривалому режимі двигун працює з постійним навантаженням довгий час. Тепло, у яке перетворяться втрати в двигуні, дорівнює відведеному теплу. Установлюються теплова рівновага і постійна температура двигуна (мал. 7.1).

Рисунок 7. 1 залежність температури двигуна від часу.

При короткочасному режимі двигун включається на постійне навантаження на короткий час. При цьому не досягається теплова рівновага. Після вимикання двигуна втримується така пауза, за час якої машина цілком прохолоджується.

Повторно-короткочасний режим характеризується періодичністю включення і вимикання двигуна на навантаження. Тривалість роботи двигуна мала і теплова рівновага протягом одного циклу не досягається. Температура двигуна також не досягає постійного значення, а за час паузи двигун не прохолоджується до температури навколишнього середовища.

7.3 Вибір потужності двигуна

7.2.3 При ув'язуванні двигуна з виконавчим механізмом потрібно
брати до уваги:

· потужність двигуна;

· обертаючий момент;

· частоту обертання;

· можливість зміни частоти обертання;

· напруга і рід струму;

· пускові характеристики;

· конструктивне виконання і т.п.

Якщо потужність двигуна буде невелика, то відбудеться неприпустиме нагрівання. При занадто великій потужності електропривод буде неекономічним. Обертаючий момент повинний забезпечити пуск під навантаженням. Але якщо пусковий момент буде надто великий, можуть відбутися ушкодження через нерівномірний пуск.

7.3.4 Основним критерієм вибору потужності двигуна електропривода є нагрівання двигуна. Якщо постійна температура (Т₀) не перевищує припустиму, то це можна вважати основною залежністю:

Т₀ < Т, ()

де [Т] — припустима температура працездатності окремих елементів двигуна.

Найменше значення [Т] звичайне мають ізоляційні матеріали (60...70 °С). Є кілька методів вибору потужності двигуна.

7.3.5 Метод середніх витрат базується на умові, що середні
втрати потужності за цикл роботи не перевищують витрат при номінальному навантаженню, тобто:

ΔP_c ≤ΔP_H, ()

де ΔP_c — середні втрати за цикл роботи; ΔP_H — номінальні втрати при роботі з постійним навантаженням.

Середні втрати розраховують за графіком навантаження.

7.3.6 Метод еквівалентних величин передбачає абстрактне введення розрахункових (еквівалентних) струмів, потужності, моменту.

Еквівалентним вважають такий постійний струм, при якому в двигуні виникають такі ж витрати, як і при роботі з змінним навантаженням.

7. 4 Вибір типу електродвигуна

7.4.1 Вибір типу електродвигуна залежить від технічних характеристик привода: швидкості обертання; необхідності регулювання швидкості обертання; потужності; умов пуску; економічності і т.п.

Аналіз характеристик двигуна дає можливість узгодити електродвигун з виконавчим механізмом і за іншими показниками (конструктивним, техніко-економічним, габаритним і ін.).

7.4.2 Асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором — найпоширеніший у нерегульованих приводах. Його перевагами є висока надійність, простота експлуатації, низька вартість.

Двигун має досить жорстку механічну характеристику в області режиму роботи. Спеціальна конструкція «білячого колеса» (глибокий паз або подвійна «біляча клітка») значно підвищують пусковий момент і зменшують пускові струми.

Обслуговування, захист, пуск і регулювання таких двигунів дуже прості. Тому біля половини електроприводів використовують асинхронний коротко замкнутий двигун. Потрібно пам'ятати, що для регулювання швидкості обертання ротора можна використовувати перетворювач частоти. Східчасто регулювати швидкість обертання можна шляхом зміни пар полюсів обмотки статора.

7.4.3 Якщо привод має потребу в регулюванні швидкості обертання в неширокому діапазоні, можна використовувати асинхронний двигун з фазним ротором. Він має дуже великий пусковий момент, може застосовуватися при частих включеннях. Двигун з фазним ротором доцільно використовувати в приводах піднімальних кранів, пресів, ліфтів, прокатних станів і ін.

Двигун з фазним ротором значно зменшує ККД електропривода через електричні втрати в регулювальному реостаті. Потрібно пам'ятати, що регулювання швидкості можна здійснити тільки убік зменшення частоти від синхронної до нуля.

7.4.4 Двигуни постійного струму зручно застосовувати тоді, коли необхідне широке регулювання швидкості, часті пуски і реверсування.

Двигун паралельного збудження має жорстку механічну характеристику і використовується в приводах великих верстатів, могутніх прокатних станів, могутніх екскаваторів.

Двигун послідовного збудження має м'яку механічну характеристику, великий пусковий момент. Двигуни цього типу можуть забезпечити дуже високу швидкість обертання вала, стійко працюють при великому навантаженні зі значно зменшеними оборотами ротора. Такі двигуни застосовуються на електротранспорті, у приводах допоміжних механізмів.

7.4.5 В електроприводах, що вимагають постійну швидкість обертання вала, застосовують синхронні двигуни. Синхронні двигуни мають дуже високі ККД і коефіцієнт потужності. Двигун ефективно працює в приводах з нечастими пусками середньої і великої потужності (компресори, могутні насоси і т.п.).

Синхронний двигун має абсолютно жорстку механічну характеристику (обороти вала практично не залежать від навантаження). Тому ці двигуни використовуються й у спеціальних приводах (годинникові механізми, програмні механізми й ін.).

7.4.6 Іноді привод має потребу в двигуні, що живеться як від змінної, так і від постійної напруги. У цьому випадку застосовують універсальні двигуни і колекторні двигуни змінного струму. Двигуни такого типу мають м'яку механічну характеристику, дуже просто регулюються, реверсируются і запускаються. Ці двигуни мають невисокий ККД і працюють в електроінструментах, побутових машинах, приладах. Як і двигуни постійного струму послідовного збудження, вони дають можливість досягти дуже великих швидкостей обертання (до десятків тисяч оборотів у хвилину).

7.4.7 Конструкція двигуна вибирається в залежності від умов експлуатації. Двигуни можуть охолоджуватися вентилятором, що змонтований на роторі, або мати примусове охолодження. Двигуни бувають з горизонтальною або вертикальною установкою вала, іншого спеціального виконання. Усі двигуни спеціального виконання підвищують вартість електропривода.

7.5 Керування електроприводом

7.5.1 Керування електроприводом і захист двигуна від короткого замикання і перевантаження можуть бути ручними або автоматичними. Ручне керування менш ефективне і застосовується в основному в приводах невеликої потужності.

Автоматичне керування підтримує необхідний режим роботи електропривода по заданій програмі без участі оператора. Керування електроприводом складається з таких операцій:

· пуск і зупинка двигуна;

· регулювання швидкості обертання ротора двигуна, гальмування і реверсування;

· пуск асинхронного двигуна від джерела постійної ЕРС;

· пуск двигунів постійного струму від джерела змінної ЕРС;

· захист двигунів від короткого замикання і перевантаження.

Електропривод керується за допомогою різних апаратів і елементів керування і захисту. Електричні апарати, на відміну від електричних машин, не перетворять електричну енергію в механічний рух або навпаки. Електричні апарати — це пристрої, що перетворюють електричну енергію, що має одні величини, в електричну енергію з іншими електричними величинами.

7.5.2 Типовим прикладом автоматичного керування электро-
приводом є керування пуском коротко замкнутого асинхронного двигуна.

Апарат керування (магнітний пускач) подає напруга на трифазну обмотку статора. При цьому можна змінювати чергування фаз, тобто реверсувати двигун. Пускач має теплові реле, що захищають двигун від короткого замикання і перевантаження.

Керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором здійснюється автоматичним включенням ступіней пускового реостата через визначені проміжки часу. Такий апарат має декілька реле часу, що забезпечує плавний розгін двигуна. Переключення ступіней дає можливість змінювати швидкість обертання фазного ротора.

Автоматичне керування пуском двигуна постійного струму також складається в послідовному включенні ступіней пускового реостата.

7.5.3 Застосування сучасних тиристорних схем керування дає
можливість значно поліпшити характеристики двигунів.

Швидкість обертання ротора асинхронного двигуна залежить від швидкості обертання поля

За допомогою тиристорного перетворювача частоти можна змінювати частоту струму в обмотці статора а отже, і швидкість обертання ротора. Це значно розширює сферу застосування асинхронних коротко замкнутих двигунів.

Тиристорним перетворювачем можна також перетворити постійну напруга в трифазну або багатофазну перемінну напругу. У такий спосіб через тиристорний перетворювач можна включати асинхронний коротко замкнутий двигун на постійну напругу і регулювати швидкість обертання його ротора.

Тиристорний перетворювач можна використовувати як керований випрямляч трифазної напруги. Через таку тиристорну схему можна вмикати двигун постійного струму на трифазну синусоїдальну напругу. Шляхом зміни часу затримки включення тиристора можна змінювати швидкість обертання якоря двигуна постійного струму.

8 Електропостачання

Варто розрізняти електропостачання країни, окремого району, підприємства або автономної енергетичної одиниці (літака, корабля, потяга й ін.). У будь-якому випадку електропостачанням називають генерування, передачу і розподіл електричної енергії між споживачами.

Генерування електричної енергії створюється електричними станціями. Майже всі промислові електричні станції мають кінцевим елементом синхронний генератор трифазної синусоїдальної напруги. Зі збільшенням одиничної потужності генератора підвищуються його ККД, тому сучасні станції мають генератори дуже великої потужності.

Електричні станції можна класифікувати в такий спосіб:

теплові;

гідравлічні;

атомні;

вітрові електростанції; геліоелектростанції; геотермальні; приливні й ін.

Більш інших поширені теплові станції, що спалюють вугілля, торф, газ, нафту й ін. На цих станціях виробляється електрична енергія з ККД близько 40 %. Теплові станції забруднюють повітря внаслідок неповного спалювання пального і недостатньої фільтрації відпрацьованих газів.

Гідравлічні станції використовують енергію водного потоку. На таких станціях виробляється значно більш дешева електрична енергія. Гідроелектрична станція великої потужності має ККД, що наближається до 90 %. Гідравлічні станції порушують водний баланс рік і також погіршують екологію.

Атомні електростанції перетворюють енергію розподілу атомного ядра в електричну енергію. ККД реактора атомної станції 27...35 %. У випадку аварії на атомній станції виникає погроза радіаційного забруднення середовища.

Експлуатація будь-якого джерела електричної енергії може викликати екологічні порушення. Тому в розвинених країнах приділяється велика увага технології вироблення електричної енергії. Застосовуючи сучасну технологію, деякі країни безпечно виробляють понад 60% електроенергії на атомних станціях.

Починається застосування вітрових і геліоелектростанції. Невеликої потужності електроенергію видають геотермальна (на Камчатці) і приливна (на Кольському півострові) станції.

Синхронні генератори електричних станцій індукують
трифазну синусоїдальну ЭРС величиною 18 кВ. Для зменшення втрат у лініях електропередач на підвищувальних підстанціях напруга трансформується до 110 і 330 кВ і подається в Єдину
Енергетичну Систему. Витрати в лініях передач пропорційні
квадратові струму, тому електроенергія транспортується при підвищеній
напрузі і зменшеному струмі.

Лінії електропередач бувають:

повітряні;

кабельні.

Повітряні лінії електропередач значно дешевше кабельних і тому ширше застосовуються.

Звичайно електрична енергія споживається з напругою 380 В. Тому перед споживачем установлюються розподільні пункти і підстанції, що знижують напругу до 6...10 кВ і 380... 220 В.

Лінії електропередач з'єднуються з трансформаторами спеціальними високовольтними комутаційними приладами.

Розрізняють три основні схеми електропостачання споживачів:
радіальну;

магістральну; ,

змішану.

Радіальна схема електропостачання передбачає застосування трансформаторної підстанції для кожного споживача. Це дуже надійна схема електропостачання, але вимагає великої кількості підстанцій.

Магістральна схема передбачає лише кілька підстанцій, що включаються в лінію електропередачі. До кожної підстанції підключається багато споживачів. Ця схема складна в експлуатації і не так надійна, але значно дешевше.

Змішана схема передбачає ділянки з радіальним і магістральним включенням. Споживачі підключаються диференційовано. Така схема застосовується частіше.

Схема електропостачання автономної енергетичної одиниці може бути досить оригінальної. Особливості електропостачання залежать від функціональних задач виконавчих механізмів, умов експлуатації, особливих вимог, що стосується маси, габаритів, ККД електричних пристроїв і т.п. Для приклада можна розглянути електропостачання сучасного літака.

Джерелом механічної енергії на борті літака є авіаційний двигун. Він обертає вал синхронного генератора, що виробляє електричну енергію змінного струму з непостійною частотою (від 400 до 900 Гц).

Значна частина споживачів електроенергії на борті літака працює безпосередньо від генератора змінної частоти. Однак є також багато споживачів, що працюють від джерела постійного струму і змінного струму постійної частоти. Тому електрична енергія від генератора змінної частоти за допомогою трансформаторно-випрямних блоків перетвориться в енергію постійного струму напругою 28,5 В. Частина цієї енергії споживається пристроями постійного струму. Інша ж її частина за допомогою динамічного перетворювача (авіаційного двигуна-генератора) перетворюється в енергію трифазного перемінного струму 120/208 В постійної частоти 400 Гц. Ця енергія використовується для споживачів, що працюють від перемінної трифазної або однофазної напруги постійної частоти.

Крім того, на борті літака є акумуляторні батареї, що звичайно є резервними джерелами живлення і працюють тільки в аварійному режимі.

У звичайному режимі акумуляторні батареї включені на бортову мережу постійної напруги 28,5 В.Напруга акумуляторних батарей складає 24 В, тому вони працюють у зарядному режимі.

ЗМІСТ

Передмова………………………………………………………………………2

1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ………………………………………………….3

1.1. Основні визначення…………………………………………………..…....3

1.2 Величини електричного ланцюга……………………………...………….3

1.3. Параметри електричного ланцюга…………………………………….….5

1.4. Елементи електричного ланцюга…………………………………………5

1.5. Схеми заміщення…………………………………………………………..6

2. ЛАНЦЮГИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ……………………………………..7

2.1. Передача потужності від джерела до навантаження…………………….7

2.2. Змішана сполука приймачів……………………………………………..12

2.3 Застосування законів Кірхгофа…………………………………………..13

2.4. Метод суперпозиції……………………………………………………....15

2.5. Метод вузлової напруги………………………………………………….17

2.6 Метод еквівалентних перетворень…………………………………….…18

2.7 Метод контурних струмів………………………………………………...20

3 ЛАНЦЮГИ СІНУСОЇДАЛЬНОГО СТРУМУ…………………………….22

3.1 Основні визначення……………………………………………………….22

3.2 Діючі значення синусоїдальних величин………………………………..23

3.3 Метод векторних діаграм………………………………………………...24

3.4 Символічний метод……………………………………………………….25

3.5 Активний опір у ланцюзі синусоїдального струму………………….….27

3.6 Індуктивність у ланцюзі змінного струму……………………………....28

3.7 Ємність у ланцюзі синусоїдального струму………………………….…30

3.8 Нерозгалужені ланцюги…………………………………………………..31

3.9 Потужність ланцюга синусоїдального струму………………………….35

3.10 Коефіцієнт потужності. Підвищення коефіцієнта потужності…….…36

3.11 Явища резонансу……………………………………………………...…38

3.12 Чотириполюсники…………………………………………………….....42

4 ТРИФАЗНІ ЕЛЕКТРИЧНІ КОЛА………………………………………....46

4.1 Основні положення……………………………………………………….46

4.2 Сполука зіркою……………………………………………………………47

4.3 Сполучення трикутником…………………………………………….…..50

4.4 Потужність трифазного ланцюга, її розрахунок і вимір…………….…52

5 ТРАНСФОРМАТОРИ………………………………………………………57

5.1 Призначення і принцип роботи………………………………………….57

5.2 Неробочий хід……………………………………………………………..59

5.3 Режим загрузки……………………………………………………………60

5.4 Режим короткого замикання…………………………………………...…64

5.5 Втрати в трансформаторах…………………………………………….…65

5.6 Робочі характеристики трансформатора…………………………….….67

5.7 Конструкція трансформатора……………………………………………69

5.8 Трифазні трансформатори……………………………………………..…70

5.9 Зображення трансформаторів на електричних схемах……………...…72

6 Асинхронні машини……………………………………………………...…73

6.1 Пристрій і принцип роботи…………………………………………..….73

6.2 Робочі характеристики асинхронного двигуна……………………...…76

7 Електропривод…………………………………………………………...…78

7.1 Основні визначення……………………………………………………….78

7.2 Режими роботи електропривода………………………………………....80

7.3 Вибір потужності двигуна…………………………………………….…81

7. 4 Вибір типу електродвигуна…………………………………….………..82

7.5 Керування електроприводом…………………………………….………83

8 Електропостачання…………………………………………………………85

Читайте також:

1. V. Поняття та ознаки (характеристики) злочинності
2. Акустичні характеристики порід
3. Будова і принцип дії трифазного асинхронного двигуна
4. Будова, принцип роботи та характеристики МДН – транзисторів
5. Будова, принцип роботи та характеристики тиристорів
6. Будова, характеристики і параметри біполярного транзистора
7. Варіаційні ряди та їх характеристики
8. Векторні характеристикимеханічного руху– переміщення, шлях, швидкіст та прискорення
9. Вибір і визначення магнітної індукції в елементах двигуна.
10. Вивчення загальної характеристики господарства, окремих галузей господарства та міжгалузевих комплексів.
11. Види мереж. Основні характеристики мереж.
12. Види та характеристики зношування

Переглядів: 11523