Замещения фазы якорной обмотки

U=jX_синхрI=E U=E-jX_синхрI-уравнения фазы статорной обмотки.

13 1) Расчет мощности в цепи синусоидального тока. В цепях синусоидального тока потребление энергии связано с прохождением тока через резистивные элементы, которые потребляют мощность: Р= [Вт] При прохождении тока через реактивный элемент, к которому относится индуктивность и емкость элементов, вводится понятие реактивной мощности Q, которая характеризует амплитуду мгновенной мощности и обмен энергией между источником питания и реактивными элементоми: [ВАр]. Знак «+» индуктивной реактивной мощности, знак «-» реактивной мощности. Также для цепи синусоидального тока вводится понятие полной мощности. [ВА]. Все три мощности связаны между собой через треугольник мощностей где Р/S=cos φ-коэффициент мощности. P=S cos φ. Q=S cos φ Коэффициент мощности характеризует степень использования источника энергии. Мощность можно рассчитать и в комплексной форме S=U I^*, где I^*-сопряженный комплекс тока. S=Р+(-)jQ. P=Re[S]-реальная часть Q=Im[S]-мнимая часть.

32) Характеристики синхронного генератора, работающего на автономную нагрузку.1)Характеристики холостого хода – это зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при холостом ходе.

E=f (I_возб) Если ток = 0, то n=const (I_возб=0)при увеличений и возбуждений ЭДС увеличивается, однако при некотором тока возбуждения рост ЭДС прекращается, что связано с насыщением магнитной цепи машины. 2)Внешняя характеристика-это зависимость напряжения на зажимах синхронного генератора от тока нагрузки U=f(I), Iв=I._вном=const вид внешней характеристики зависит от характера внешней нагрузки. Напряжение на зажимах генератора с ростом тока нагрузки изменяется по двум причинам.1. Увеличивается падение напряжения на синхронном индуктивном сопротивлении, 2. вследствие реакции якоря (воздействия магнитного потока якоря на магнитный поток ротора).

RC-активная емкостная нагрузка, R-активная нагрузка, RL-активная индуктивная нагрузка. 3)регулировочная характеристика – это зависимость тока возбуждения от тока нагрузки: Iвозб=f(Iном ), при U=Uном=const n=n_ном=const, cos φ_нагр=const. Вид регулировочной характеристики зависит также от характера нагрузки и является обратным по отношению к внешней характеристике, то есть эта характеристика показывает как нужно изменять ток возбуждения с увеличением тока нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставались величиной постоянной.

14) Цепь синусоидального тока со смешанным соединением элементов.Распределение напряжений и токов в ряде электротехнических устройств соответствует смешанному соединению элементов в электрической цепи. Последовательность расчета общего сопротивления смешанного соединения в цепях синусоидального тока такая же, как и в цепях постоянного тока: сначала рассчитывается эквивалентное сопротивление ветвей, соединенных параллельно, а затем после замены параллельных ветвей элементом с эквивалентным сопротивлением-сопротивление полученного последовательного соединения. Для цепей синусоидального тока все расчеты необходимо проводить с использованием комплексных чисел. Токи и напряжения на участках цепи определяются также с применением комплексного метода расчета. Рассмотрим цепь рис. 2.40, а

Определим сначала эквивалентное комплексное со­противление двух параллельных ветвей, включенных между узлами а и Ь:

где

-комплексные сопротивления параллельных ветвей. Общее сопротивление:

где .

Комплексные значения тока i и напряжений на участках:

Применив з-он Ома, найдем комплексные значения токов в каждой параллельной ветви

:

Комплексная мощность цепи равна сумме комплексных мощностей

33 Принцип действия и устройство синхронного двигателя.Синхронная машина обладает ценным свойством: она может работать с током, определим по фазе напряжения φ<0. В отличие от них асинхронные двигатели работают с током, отстающим по фазе от напряжения. Это позволяет при совместном испытании синхронных и асинхронных машин получать высокий коэффициент мощности без использования дополнительных компенсаторов. Это свойство синхронных машин позволяет использовать их в качестве двигателей для привода механизмов с постоянной угловой скоростью. Распространенность синхронных двигателей не столь широка, как асинхронных, но в ряде случаев, например в металлургии, их использование становится необходимым. Синхронные машины обладают ценным свойством. Они могут работать с током, опережающим по фазе напряжение. Это позволяет при совместном испытании синхронных и асинхронных машин получать высокие коэффициенты мощности и без применения дополнительных конденсаторов. Устройство: состоит из статора-полого цилиндра, набранного из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга для уменьшения потерь на гистерезис или кривые токи. На внешней поверхности статора имеются паузы, в которые укладывается трехфазная обмотка. Обмотка статора.-совокупность трех одинаковых однофазных обмоток. Ротор состоит из электромагнита постоянного тока, изготовленного из электротехнической стали и обмотки возбуждения, концы которой присоединены к контактным кольцам, которым прижимаются неподвижные щетки. С помощью этих щеток и колец обмотка возбуждения запитывается от источника постоянного тока. Это может быть генератор постоянного тока установленный на валу синхронной машины такой генератор называется возбудителем.

1-обмотка статора, 2- обмотка возбуждения, 3-контактные кольца, 4-щетки, по конструкции ротора различают синхронные машины (СМ) с явно выраженными полюсами то есть с выступающими полюсами (тихоходные СМ) n=80-250 об/мин, и с неявно выраженными полюсами, т.е. цилиндрической формы (быстроходные СМ) n=1500-3000 об/мин. Принцип действия.Чтобы обеспечить двигательный режим СМ надо: 1-статорную обмотку подключить к трехфазной цепи, 2-обмотку возбуждения запитать постоянным током. В этом случае на ротор будет действовать знакопеременный момент и ротор в силу своей инерциальности вращаться не будет, а будет только вибрировать на месте, поэтому для пуска СД необходимо предварительно раскрутить ротор до скорости близкой к синхронной. Это делается либо с помощью постороннего двигателя, либо с помощью специальной пусковой, короткозамкнутой обмотки, как у АД-это называется асинхронный пуск синхронной машины. Порядок пуска: 1) Обмотка возбуждения замыкает через сопротивление, чтобы уменьшить напряжение между витками и избежать пробои изоляции. 2) Подают питание на короткозамкнутую обмотку и раскручивают ротор до скорости, близкой к синхронной. 3) В обмотку ротора подается постоянный ток и он “догоняет” магнитное поле статора и втягивается в синхронизм. После этого короткозамкнутая обмотка отключается.

15)Трехфазная цепь. Элементы, обозначение обмоток трехфазного генератора. Трехфазные цепи представляют собой частный случай много­фазных систем переменного тока. Многофазными системами на­зывается совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные э.д.с. одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и индуктированные в одном источнике энергии. Каждую из однофазных цепей, входящую в многофазную систему, принято называть фазой. Цепи в зависимости от числа фаз называются двухфазными, трехфазными, шестифазными и т.п.

Наибольшее распространение в современной электроэнергетике получили трехфазные цепи. Это объясняется рядом их преимуществ как перед другими многофазными цепями, так и перед однофазными цепями переменного тока. Среди этих преимуществ можно отметить следующие: экономичность производства и передачи энергии по срав­нению с однофазными цепями; возможность сравнительно простого получения вращающегося магнитного поля, необходимого для трех­фазного асинхронного двигателя — одного из самых распростра­ненных двигателей переменного тока; возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений — фазного и линейного.

Трехфазная цепь состоит из трех основных частей или элементов: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобра­зуется в электрическую с трехфазной системой э.д.с.; линии передачи со всем необходимым оборудованием; приемников (потребителей), которые могут быть как трехфазными (например, электродвигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).

Трехфазный генератор представляет собой син­хронную машину двух типов: турбогенератор или гидрогенератор. На статоре генератора размещается обмотка, состоя­щая из трех частей или, как их принято называть, фаз. Обмотки фаз располагаются на статоре таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол2п/3.

Э.д.с. в неподвижных витках обмотки статора индуктируются в результате пересечения этих витков магнитным полем, возбуждае­мым током обмотки вращающегося ротора (на рис. 7.1 ротор с об­моткой условно изображен в виде постоянного магнита с полюсами N и 5). Расположенная на роторе обмотка возбуждения питается от источника постоянного напряжения (возбудителя). При вращении ротора с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индукти­руются периодически изменяющиеся синусоидальные э.д.с. оди­наковой частоты, но отличающиеся друг от друга по фазе вследствие их пространственного смещения.

На схемах обмотку (или фазу) источника питания изображают, как показано на рис. 7.2. За условное положительное направление э.д.с. в каждой фазе принимают направление от конца к началу. Обычно индуктированные в катушках э.д.с. имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на один и тот же угол 2п/3. Такая система э.д.с. называется симметрич­ной:

При вращении ротора в обмотках статора наводятся три одинаковые ЭДС, которые сдвинуты относительно друг друга на 120⁰ в следствие смещения обмоток в пространстве

Алгебраическая∑ линейных значений ЭДС=0 . Алгебраическая∑ действительных значений ЭДС=0

34Устройство машины постоянного тока. Принцип работы генератора постоянного тока, способы его возбуждения. Состоит из неподвижной части статора и подвижной – якоря. Статор – стальная станина, внутри которой закреплены главные полюса, на которых расположены обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения запитывается постоянным током и создается основной магнитный поток. Якорь состоит из электромагнитной стали и закрепляется на валу двигателя. В пазах якоря размещена обмотка каждая секция которой соединена с коллекторной пластиной. Коллектор – цилиндр из медной пластины специальной формы, коллектор скользит по неподвижным пластинам (щетки). Они образуют механический выпрямитель. Коллектор преобразует постоянный ток источника, переменный ток якоря, для уменьшения искрения. Между главными полюсами установлены дополнительные полюса. Принцип действия генератора постоянного тока. Якорь вращается при помощи внешней силы, обмотка возбуждений запитывается постоянным током, проводники якоря пересекают магнитный поток главных полюсов, а в них наводится ЭДС. С коллектора снимается ЭДС: E=C_enФ, C_e-коэффициент, зависящий от конструкции обмотки, n-частота вращения якоря, Ф-магнитный поток главных полюсов. На проводники якоря действует электормагнитная сила, направленная против его движения и создающая тормозной электромагнитный момент. М_т=С_мФI_я, С_м-постоянная величина, зависящая от момента, I_я-ток якоря. Способы возбуждения генератора постоянного тока (ГПТ). Виды: 1. Генераторы с независимым возбуждением(ОВ питается от независимого источника постоянного тока).

2. Генератор с самовозбуждением: а)генератор с параллельным возбуждением,

б) генератор с последовательным возбуждением,

в) генератор со смешанным возбуждением: а-согласно включению обмоток, б-пунктир встречный включению обмоток.

16-17 Способы соединения фаз трехфазного источника питания.Если фазы обмотки электрически не соединены между собой, то они образуют несвязанную трехфазную систему цепей. Несвязанные цепи не получили применения вслед­ствие их неэкономичности, вызванной большим числом проводов, соединяющих исто­чник питания и приемники. Более совершенными и экономичными являются связанные цепи, в кото­рых фазы обмотки электри­чески соединены между собой. При соединении фаз обмотки генератора (или трансформатора) звездой их концы X, Y и Z соединяют в одну общую точку N, назы­ваемую нейтральной точкой (или нейтралью) (рис. 7.6, а). Начала фаз выводят к зажимам, обозначаемым соответственно А, В к С. К ним подключают провода, с помощью которых источник пи­тания соединяется с приемником. Эти провода называются линей

и ы м и, а трехфазная цепь — трехпроводной.

В случае когда нейтральная точка N источника питания соединена с нейтраль­ной точкой п приемника (см. рис. 7.9), трехфазная цепь будет четырехпроводной. Провод, соединяющий нейтральные точки N и п, называется нейтральным.

При соединении фаз источника питания треугольником объеди­няются (соединяются) в одну точку соответствующие начала и концы фаз: X—В, Y—C, Z—А (см. рис. 7.6, б). При этом фазы источника оказываются соединенными последова­тельно. Соединение фаз источника в замк­нутый треугольник не равносильно их короткому замыканию (как это имело бы место при подобном соединении фаз ис­точников синусоидального тока), так как при симметричной системе э.д.с. сумма их мгновенных значений е_а + е_в + е_с — 0. Поэтому при холостом ходе ток в фазах источника не возникает. Однако, как бу­дет показано далее, на практике фазы трехфазных генераторов предпочитают соединять звездой.

Напряжения между началом и концом (или между выводами) каждой фазы источника (генератора) (см. рис. 7.6, а) называют фазными (u_a,u_b, U_c), a между одноименными выводами раз­ных фаз — линейными (uab, Uвс, uca)- На практике обычно имеют дело не с отдельными источниками, а с несколькими, соединен­ными параллельно. В этом случае можно пренебречь внутренними сопротивлениями фаз источника, считать фазные напряжения ua , U_в и U_с численно равными фазным э.д.с. и изображать их симмет­ричной системой векторов (рис. 7.7). Cисте­ма фазных и линейных напряжений источника симметрична вследствие конструктивных особенностей трехфазного генера­тора. За условные положительные направления фазных напряжений принимают направление от начала к концу фаз обмоток, а линей­ных напряжений — от начала одной фазы к началу другой (см рис. 7.6, а).

В соответствии с выбранными условными положительными направлениями фазных и линейных напряжений (см. рис. 7.6, а) можно записать уравнения по второму закону Кирхгофа и построить

по ним векторную диаграмму: Комплексные значения линейных напряжений связаны с ком­плексными значениями фазных напряжений следующими уравне­ниями:

Отметим, что уравнения (7.3) позволяют определить линейные напряжения по известным фазным напряжениям. В соответствии с этими уравнениями на рис. 7.7 построена топографическая (по­тенциальная) диаграмма фазных и линейных напряжений источ­ника при соединении его фаз звездой.

Из диаграммы видно, что для симметричной системы напряже­ний линейные напряжения представляют тремя векторами, сдвину­тыми по фазе относительно друг друга на угол 2п/3; кроме того, векторы линейных напряжений Uab, ubc, uca опережают по фазе со­ответственно векторы фазных напряжений ua, ub и uc на угол 2п/6.

Величина каждого из векторов линейных напряжении в п/3 раз больше величины вектора фазного напряжения:

Следует обратить внимание на важное свойство системы линей­ных напряжений: независимо от характера нагрузки сумма их мгновенных значений или векторов всегда равна нулю.

При соединении фаз источника треугольником линейные напря­жения равны фазным: U_Л = U_ф.

Б18.2)Принцип самовозбуждения ГПТ (на примере генератора параллельного возбуждения). Генератор параллельного возбуждения. Характеристики ГПТ.При заводских испытаниях главные полюса машины намагничиваются и в них сохраняется небольшой остаточный магнитный поток Ф_ост. При вращении якоря его проводники пересекают этот поток и в них наводится небольшая ЭДС Е_я=С_еnФ_ост, т.к обмотка возбуждения подключено параллельно якорю, то под действием этой ЭДС в ней потечет ток возб.I_возб. Этот ток создает магнитный поток обмотки возбуждения Ф_ов, кот-ая сложится с Ф_ост и_. увеличит основной магнитный поток главных полюсов Ф_ост.+Ф_ов=Ф, это в свою очередь увеличит ЭДС якоря. Е_я=С_еnФ и следовательно увеличит ток возбуждения. Т.о. генератор сам себя намагничивает. В следствии насыщения главных полюсов машины этот процесс прекратится при определенном значении ЭДС. Характеристики генератора постоянного тока. 1)характеристики холостого хода – это зависимость ЭДС якоря от тока возбуждения при х.х. E=f(Iв) I=0 n=n_ном=const вид этой характеристики напоминает форму кривой намагничивания магнитной цепи ГПТ.

2)внешняя характеристика – зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки U=f(I) n=n_ном=const R_рсост=const [Iв=const]

Вид внешней характеристики зависит от способа возбуждения. Уравнение электрической постоянной цепи якоря ГПТ U=E-RяIя 1 -внешняя характеристика ГПТ независимого возбуждения с ростом тока якоря из формулы напряжение уменьшается на величину падения напряжения в цепи якоря (RяIя) Характеристика жесткая, т.к снижение напряжения при номинальном токе составляет лишь 5-7%.2- внешняя характеристика ГПТ параллельного возбуждения проходит ниже, чем 1, т.к при снижении напряжения U уменьшается и ток возбуждения, что приводит к дополнительному снижению осн. магн. потока Ф, а следовательно к снижению ЭДС якоря и к снижению напряжения. 3-внешняя характеристика ГПТ смешанного возбуждения при согласном включении параллельной и последовательной обмоток. Напряжение практически неизменно т.к. падение напряжение в цепи якоря компенсируется ростом ЭДС на такую же величину. 4- внешняя характеристика ГПТ смешанного возбуждения при встречном включении последовательной и параллельной обмоток. Напряжение на генераторе резко падает с ростом тока нагрузки.3) Регулировочная характеристика –это зависимость тока возбуждения от тока нагрузки Iв=f(I), U=Uном=const, n=n_ном=const. Вид этой характеристики обратной по отношению к внешней характеристике, т.е. она показывает как надо менять ток возбуждения, чтобы напряжение на зажимах генератора поддерживать неизменным.