Кузнецов М.И. Конспект лекций по электромеханике

Подождите немного. Документ загружается.

гармоники тока. Но так как кривая тока симметрична относительно оси абсцисс, то в

кривой тока четные гармоники будут отсутствовать. Третья гармоника буде иметь

наибольшую амплитуду, а все нечетные гармоники более высокого порядка будут иметь

меньшую амплитуду, рис. 69.

Рис. 69

При холостом ходе трехфазного группового трансформатора токи третьей гармоники

одинаковы по величине и направлены в одну сторону, т.е. совпадают по фазе (рис. 70 ),

поэтому в первичных обмотках, соединенных в

звезду (рис.), а это приведет к тому, что поток будет не

синусоидальным, рис. 71.

В кривой потока появиться поток третьей гармоники

совпадающий по фазе во всех фазах, который наведет в

открытом треугольнике в каждой фазе ЭДС тройной

частоты так же совпадающих по фазе (рис.), поэтому на

выходе открытого треугольника получаем тройную

частоту и сумму ЭДС в каждой фазе тройной частоты

Рис. 70

В открытом треугольнике сумма ЭДС от первой

гармоники будет равна нулю, так как ЭДС в фазах

сдвинуты во времени на

120

Рис. 71.

ЭДС высших гармоник (9-ой, 15-ой) и других

нечетных гармоник (кратных трем), как правило,

слабы и мало искажают синусоидальную форму

выходного напряжения устроенной частоты.

Конденсатор С, улучшает форму кривой выходного

напряжения.

Рис. 71

2-8-5-2. Трансформаторы для удвоения частоты.

Для удвоения частоты может быть использован трансформатор с разветвленным

магнитопроводом в виде двух независимых магнитопроводов





. (Рис. 72 )





Ф-Ф



ФФ 



Ф-Ф



ФФ 

)T(f





Первичная обмотка

)1(

, питающаяся от сети с

частотой

, охватывает сразу оба магнитопровода и ЭДС

в ней возбуждается суммой потоков



ФФ 

Вторичная обмотка 2, в которой индуктируется ЭДС

двойной частоты

2 ff 

, образуется из двух частей с

числами витков

располагающихся на разных

магнитопроводах и включенных встречно.

Рис. 72

Потокосцепление вторичной обмотки оказывается

пропорциональным разности потоков



ФФ 

Как видно из

графика

(рис. 73 ), при

изменении суммы

потоков



ФФ 

. С

частотой

, разность

потоков



ФФ 

будет

изменяться с двойной

частотой

2 ff 

, если

магнитопровод





подмагнитить в

противоположных

направлениях с

помощью обмотки 0,

питаемой постоянным

током

образующей МДС

000

IWF 

в каждом из

магнитопроводов.

Рис. 73

2-8-6. Магнитные усилители.

Магнитные усилители используются в системах автоматики, телемеханики, в

вычислительной технике и в системах автоуправления.

Устройство магнитного усилителя представлено на рис.74





=2f

Рис. 74

Если считать сопротивление рабочей обмотки чисто индуктивным

а ток – близкий

к синусоидальному, то

)(

wLR





, где

возв







Сопротивление

(рабочей обмотки) зависит от возвратной

магнитной проницаемости

.возв



материала сердечника,

основная кривая намагничивания которого приведена на

рис.75. При отсутствии постоянного тока

в обмотке

управления

по нагрузке течет так называемый ток

холостого хода, определяемый магнитной проницаемостью

симметричного частного цикла около точки 1. и

Рис. 75

соответствующем ей сопротивлением

др

-y

H-

-H



При этом большая часть напряжения схемы приложена к обмотке

и уравновешивается

ЭДС самоиндукции этой обмотки; амплитуда изменения индукции сердечника B

максимальна (т.1, рис 76).

Появление тока управления

вызывает

появление напряженности постоянного

магнитного поля



; частичный цикл кривой

намагничивания становится несимметричным и

перемещается по мере возрастания тока

управления из положения 1 в положение 2, а

затем 3 (рис. 77). Если за возвратную магнитную

проницаемость несимметричного частного

цикла принять тангенс наклона касательной к

кривой намагничивания в соответствующих

точках 2 и 3, то по мере увеличения

магнитная проницаемость материала

уменьшается (рис. 75), снижается индуктивное

сопротивление

рабочих обмоток и ток в нагрузке увеличивается (рис. 74).

Напряжение на обмотке

снижается, в результате чего уменьшается и амплитуда

индукции



(рис.2). Следовательно, путем изменения тока в обмотке управления, можно

управлять током в нагрузке. Выполняя обмотку

с числом витков, в несколько раз

превышающим число витков обмотки

, можно получить эффект усиления по току. В

этом и заключается принцип действия магнитного усилителя. Направление тока

данном случае не имеет значения. Поэтому простейший магнитный усилитель имеет

характеристику вход-выход, т.е. зависимость выходной величины

от входной

, не

чувствительную к знаку управляющего сигнала (рис.4). Усилителю, схема которого дана

на рис.1 присущи серьезные недостатки. Переменный ток наводит переменный магнитный

поток, который наводит в обмотке управления, как во вторичной обмотке

трансформатора, переменную ЭДС. Чтобы устранить протекание по цепи управления

переменных токов, в эту цепь включена большая индуктивность L. Но эта индуктивность

сильно увеличивает постоянную времени цепи управления и общие габариты. Для

уменьшения ЭДС наводимой в обмотке управления, целесообразно разделить сердечник и

обмотку

на две равные части, как показано на рисунке. Две рабочие обмотки должны

быть соединены так, чтобы создаваемые ими потоки были направлены встречно

относительно обмотки управления, охватывающей оба сердечника (рис.78). При этом

переменная ЭДС в обмотке управления будет равна нулю.

возв



-H-

H-

Рис.76

-I

Рис.77

На рис 79 индукция В

соответствует такому

идеальному случаю, при

котором все напряжение

схемы приложено к рабочим

обмоткам и для создания

магнитного потока из сети

потребляется малый ток.

Напряженность

кз

соответствует другому, тоже

идеальному режиму, при

котором, несмотря на

протекание тока

кз

по

рабочим обмоткам,

последние не создают

падения напряжения.

У реального

магнитного

усилителя рабочие точки

получатся как

наложение эллипса на

семейство кривых

намагничивания (

41 

 НН

). Точки

пересечения эллипса с

кривыми Н=const,

снесенные на

координаты

образуют в

четвертом квадрате

характеристику

усилителя с

нагрузкой в

координатах

)(

~ уср

НfН 

, которую можно легко пересчитать в характеристику вход-

выход

)(

~ уср

IfI 

. Напряженности зависят от величины тока:



IН







IН



Уравнение нагрузочного эллипса

.кз~





























ср

с полуосями

SfW





411.12

, и





сркз

11.1

, где

- действующее значение

напряжения сети.

SfW







, где















E 1

11.1

, где

-сопротивление

измерительных обмоток

и вольтметра (измерительные обмотки наматываются на оба

магнитопровода).

~Ф

Ф-

Рис.78

Идеальны магнитный

усилитель

В~

-1

-2

-3

-4

кз

-4

-3

-2

-1

~ср

Реальный магнитный

усилитель

Рис. 79

11.1

ср

IН 

, токи





cpкз





Если в схеме МУ имеется обратная связь, то сплошная кривая

)(

~ уср

НfН 

примет

вид пунктирной кривой (рис.7), т.е. при той же

напряженность

ср

возрастет, а это

приведет к увеличению коэффициента усиления, рис. 80.

Если в магнитном усилителе имеется

обмотка смещения, то кривая

)(

~ уср

НfН 

сместится влево от точки 0 (рис. 81). Видим,

что при увеличении положительного

напряженность

ср

возрастает, а при

увеличении отрицательного

напряженность

ср

уменьшается.

Изменяя величины обратных связей и

смещения можно получить требуемые

характеристики вход-выход магнитных

усилителей.

3. Асинхронные машины

3-1. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Слово асинхронно означает неодновременное вращение поля статора и ротора.

Асинхронные машины самые распространенные, так как они являются наиболее простыми и

надежными в эксплуатации. Асинхронная машина была изобретена М.О. Доливо-Добровольским и

она была настолько совершенной, что до сих пор существенного изменения не получила.

Асинхронная машина имеет две главных части:

1) статор – неподвижная часть машины;

2) ротор – подвижная часть машины.



~ср

-Н

+Н

Рис. 80

см

-Н

+Н

~ср

Рис.81

1. Статор представляет собой магнитопровод выполненный из листов электротехнической

стали в виде полого цилиндра. Внутри этот цилиндр зубчатый, т.е. имеет выступы и пазы, в

которые укладывается обмотка, предназначенная для создания вращающего магнитного поля.

Обмотка состоит из 3-х фаз, оси которых сдвинуты на 120.

3-1-1. Принцип создания вращающего магнитного поля статорной обмоткой

Рассматривая положение векторов тока в

различные моменты времени, мы увидим,

что трехфазная обмотка будет создавать

вращающее магнитное поле,

рис. 82.

Статор служит для создания вращающего

магнитного поля и передачи энергии со

статора на ротор.

2. Ротор – выполнен в виде сплошного

цилиндра, набранного из листов

электротехнической стали. С наружи

имеются пазы где укладывается обмотка.

Железо ротора насажено на вал. Между

статором и ротором имеется воздушный

зазор  = 0,3  1,5 мм.

Рис. 82

3-1-2. Принцип действия асинхронного двигателя

При включении обмотки статора в сеть, создается

вращающееся магнитное поле, рис. 83. Это поле пересекая

обмотку ротора наводит в ней ЭДС. Под действием этой

ЭДС по обмотке будет протекать ток. Этот ток будет

взаимодействовать с магнитным потоком. Взаимодействие

вращающего магнитного поля статора с током в роторе

создает вращающий момент, за счет которого ротор будет

вращаться в ту же сторону, что и поле, но с небольшим

отставанием.

Рис. 83

При вращении поля n

в проводнике ротора наведется ЭДС направленная к нам (правило

правой руки). Ток в проводнике также будет направлен к нам. По правилу левой руки проводник с

током попал в магнитное поле на него будет действовать сила f, под действием которой ротор

будет вращаться в туже сторону, что и магнитное поле статора.

На рисунке n

– скорость магнитного поля статора; n – скорость ротора; S – скольжение.





Для двигателей обычной серии номинальное скольжение S

= 0,02  0,05 Скольжение зависит

от нагрузки. Чем больше нагрузка (n), тем больше скольжение.

По конструкции ротора асинхронные машины делятся:

1. Асинхронная машина с фазным ротором, рис. 84

Рис. 84

1. обмотки

2. контактные кольца

3. щетки

4. сопротивления

2. Асинхронная машина с короткозамкнутым ротором, рис. 85.

Рис. 85

3-2. Общие вопросы машин переменного тока

Эта тема относится как к асинхронным, так и к синхронным машинам.

К общим вопросам относятся:

1) обмотки машин переменного тока

2) ЭДС обмотки машин переменного тока

3) МДС (намагничивающие силы) обмоток машин переменного тока.

Устройство статора синхронной и асинхронной машин одинаково.

3-2-1. Обмотки машин переменного тока

В статоре расположены три фазы сдвинутые на 120 электрических градусов каждая фаза на

полюсном делении занимает

часть.

Обозначим:

– число пазов статора

2Р – число полюсов

Р – число пар полюсов

– число фаз

2 mP





- число пазов на полюс и фазу, лежит в пределах 1  9.

Число пазов равно

qmPZ 

Определяющим шагом обмотки называется расстояние от начала одной катушки до конца той

же катушки.

Элементы обмоток переменного тока

Из чего состоит фаза: проводник  виток  катушка  катушечная группа  фаза. Два

проводника составляют виток. Несколько витков составляют катушку, несколько катушек 

катушечную группу, несколько катушечных групп составляют фазу.

При однослойной обмотке – число катушечных групп в фазе = Р

При двухслойной обмотке – число катушечных групп в фазе = 2Р

Такое же соотношение максимально возможных параллельных ветвей.

С конструктивной стороны обмотки делятся на:

1) однослойные

2) двухслойные

1) Однослойные обмотки

Однослойные обмотки выполняются сравнительно редко, обычно у двигателей малой

мощности. Для технологического исполнения их требуется больше меди. Однослойные обмотки

характерны тем, что в пазу располагается только одна активная сторона.

Типы обмоток, рис. 86:

1. Концентрическая 2. Шаблонная 3. Катушечные обмотки

Рис.86

Концентрические обмотки выполняются чаще из жестких секций, лобовые части отгибаются в

2-3 плоскости.

Шаблонные обмотки – их секции наматываются на шаблоне из круглого провода. По

расположению лобовых частей они подразделяются на цепные и вразвалку.

Катушечные обмотки широко используются на ремонтных заводах.

Пример выполнения однослойной обмотки, рис. 87

Дано:

Чередование

фазных зон

42 P

Рис. 87

Z

m













(1  7)



2360360











2) Двухслойные обмотки

Особенностью двухслойной обмотки является то, что в пазу укладывается обмотка в два

слоя., рис. 88.

Недостатки: неудобство ремонта.

Преимущества: 1) меньше расход меди; 2) В обмотке с укороченным шагом, можно

избавиться от высших гармоник ЭДС.

y

(1  6)

 = 30 q

= 2

Рис. 88

Расположение фазных зон по пазам. Z

= 24

№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22 23 24

В.С. A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z B B X X C C Y Y

Н.С. A Z Z B B X X C C Y Y A A Z B B X X C C Y Y A

В двухслойной обмотке число катушечных групп в фазе равно числу полюсов (2P = 4). У

катушечных групп чередование катушечных групп по фазам А,С,В, таких чередований будет равно

числу полюсов (2P = 4) АСВ, АСВ, АСВ, АСВ. (для нашего примера)

Каждая фаза состоит из четырех катушечных групп их соединение в фазу: Н – К – К – Н – Н –

К – К – Н (Х), рис. 89.

В данной обмотке чередование

катушечных групп с 2

катушками, т.е.

2 – 2 – 2 – 2 – при q – целом.

Имеются обмотки с дробным q,

например, в многоскоростных

обмотках, когда в одних пазах

укладываются две обмотки на

разное число полюсов.

Рис. 89

y =



y <

