Применение асинхронных двигателей

Nbsp; Оглавление 1) Линейные электрические цепи постоянного тока. Элементы электрических цепей. Схемы замещения электрических цепей. 3 2) Топологические понятия. Законы Кирхгофа. 4 3) Расчет электрической цепи с использованием законов Кирхгофа. Баланс мощностей. 5 4) Метод контурных токов. Расчет электрической цепи методом контурных токов. 6 5) Метод преобразований в цепях постоянного тока. 7 6) Однофазные электрические цепи переменного тока. Основные понятия. Цепь с активным сопротивлением.. 8 7) Однофазные электрические цепи переменного тока. Цепь с индуктивностью.. 10 8) Однофазные электрические цепи переменного тока. Цепь с емкостью.. 12 9) Мощность однофазной цепи синусоидального тока. 14 10) Трехфазные цепи. Общие понятия. Соединение фаз трехфазного источника питания звездой, треугольником. 16 11) Схема четырехпроводной и трехпроводной трехфазной схемы, соединенной звездой. Расчет, векторная диаграмма. 17 12) Соединения трехфазных приемников энергии треугольником. Расчет, векторная диаграмма. 19 13) Конструкция силовых трансформаторов. 20 14) Принцип действия и применение силовых трансформаторов. 21 15) Холостой ход трансформатора. Векторная диаграмма трансформатора на холостом ходу. 22 16) Уравнения электрического состояния трансформатора . Эквивалентная схема трансформатора. 23 17. Рабочий режим трансформатора. Внешняя характеристика транформатора. 24 18. Мощность потерь и КПД трансформатора. 25 19) Принцип действия и область применения асинхронных двигателей(АД). 26 20) Устройство и режим холостого хода АД.. 27 21) Скольжение асинхронного двигателя. Схема замещения асинхронного двигателя. 28 22. Частота тока ротора. Электродвижущие силы обмоток двигателя. 29 23) Уравнения электрического состояния. Схема замещения ад. 30 24) Энергетические соотношения. КПД двигателя. 31 25) Коэффициент мощности АД (асинхронный двигатель). 32 26) Механическая характеристика асинхронного двигателя. 33 27. Конструктивное выполнение электрических сетей. 34 28) УСТРОЙСТВО ВОЗДУШНЫХ ЛЭП.. 35 29) КОНСТРУКЦИЯ Проводов воздушных линий. 36 30) Изоляторы воздушных линий. 37 31) Опоры воздушных ЛЭП.. 38 32)Конструкции кабелей. 39 33.Способы прокладки кабелей. 40 1) Линейные электрические цепи постоянного тока. Элементы электрических цепей. Схемы замещения электрических цепей. Электрическая цепь - это совокупность электротехнических устройств, предназначенных для одновременного генерирования, передачи и преобразования электрической энергии, соединенных между собой электрическими проводами.. Отдельные электротехнические устройства, образующие электрическую цепь, называются элементами электрической цепи и делятся на 3 группы: 1. Генерирующие устройства (источники электрической энергии) – это элементы электрической цепи, преобразующие различные виды энергии (тепловую, химическую, световую, механическую) в электрическую энергию. 2. Приемные устройства (приемники электрической энергии) – это элементы электрической цепи, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии. 3. Вспомогательные устройства – это элементы электрической цепи, которые предназначены для управления, регулирования режимов работы, защиты, контроля и измерения параметров в электрической цепи и не связаны непосредственно с основным преобразованием энергии. Отметим разницу между схемой электрической цепи и схемой замещения эл. цепи. Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные изображения её элементов и показывающее их соединение называется схемой электрической цепи. Например: Схема простой электрической цепи. А, Б - выходные зажимы источника; а, б - входные зажимы приемника. Однако графическое изображение электрической цепи с помощью идеальных элементов, отражающих свойства реальных устройств, называется схемой замещения электрической цепи. Та же цепь: Таким образом, в качестве мы рассмотрели простейшую электрическую цепь, состоящую из источника питания - генератора постоянного тока, приемного устройства - осветительной лампы и выключателя. 2) Топологические понятия. Законы Кирхгофа. При анализе электрических цепей используют топологические понятия: ветвь, узел, контур. Ветвь электрической цепи – это неразветвленный участок электрической цепи, где все элементы включены последовательно. Например, в схеме на рис. первая ветвь содержит генератор G1 и нагреватель EK, вторая ветвь содержит только лампу EL2 и т.д. Узел электрической цепи – точка электрической цепи, в которой соединены несколько ветвей (не менее трех). Например, в схеме на рис. в узле "а" соединены ветви 1,2,3,4, в узле "b" – ветви 1,2,5 и т.д. Контур электрической цепи – замкнутая часть электрической цепи, образованная несколькими ветвями. Например, в схеме на рис. контур "А" образован ветвями 2,3,5 и т.д. Таким образом, в сложной электрической цепи может быть несколько ветвей, несколько узлов и несколько контуров. Законы Кирхгофа: Первый закон Кирхгофа формулируется для узла электрической цепи и определяет соотношение между токами ветвей, соединенных в этом узле: алгебраическая сумма токов ветвей, соединенных в узле, равна нулю: Σ± Ii = 0. Токи, имеющие положительные направления в сторону узла, суммируются со знаком "плюс", а токи, направленные от узла – со знаком "минус". Второй закон Кирхгофа формулируется для контура электрической цепи и определяет соотношение между напряжениями на отдельных участках или элементах этого контура и ЭДС в этом контуре: В контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений равна алгебраической сумме ЭДС: ΣUi = Σ Ei . Напряжения и ЭДС, имеющие положительные направления, совпадающие с направлением обхода контура, суммируются со знаком "плюс", а направленные навстречу обходу контура – со знаком "минус". 3) Расчет электрической цепи с использованием законов Кирхгофа. Баланс мощностей Задана схема замещения цепи и значения всех сопротивлений приемников и ЭДС источников: E1 , E2 , E3 , R1 , R2 , R3 , R4 , R5 .Требуется определить токи в каждой ветви, мощности каждого элемента цепи, составить баланс мощности. Схема замещения сложной электрической цепи Для решения этой задачи расчета электрической цепи используют основные законы электрических цепей: закон Ома, первый и второй законы Кирхгофа. Порядок расчета: 1. Произвольно выбрать условно-положительные направления (УПН) токов в ветвях. 2. Составить систему независимых уравнений с неизвестными токами. Число уравнений должно быть равно числу неизвестных токов ветвей. По I закону Кирхгофа составляют (n – 1) уравнение для узлов, где n – полное число узлов в цепи. По второму закону Кирхгофа составляют (v – n + 1) уравнений, где v – число ветвей в цепи. 3. Решая полученную систему уравнений, определить токи ветвей. Для заданной схемы уравнения по I закону Кирхгофа: Для узла а: − I1 − I3 + I4 = 0. Для узла б: I2 − I4 + I5 = 0. Для узла в: I1 − I5 + I6 = 0. Недостающие уравнения составляют по II закону Кирхгофа для контуров. Для этого выделяют независимые контуры и выбирают направление обхода каждого. Если ЭДС и токи контура совпадают с направлением его обхода, они принимаются положительными, если нет – отрицательными. Ниже записаны уравнения для контуров А, Б и С с учетом соотношения тока и напряжения на резисторах по закону Ома. Для контура А: E1 = I1R1 + I4R4 + I5R5 . Для контура Б: E2 = I2R2 + I3R3 + I4R4. Для контура С: − E2 + E3 = −I2R2 + I5R5. Решая систему уравнений, определяем значения токов в ветвях. Для проверки правильности решения системы уравнений можно воспользоваться составлением баланса мощностей всей цепи. Суммарная мощность, потребляемая всеми резисторами, должна равняться суммарной мощности, генерируемой всеми источниками. При определении мощности источника необходимо учитывать соответствие положительных направлений ЭДС Е источника и тока в нем I: P = (±)EI Если I и E совпадают по направлению, то в формуле следует подставить знак "плюс". Если эти направления встречны, то следует подставить "минус". Энергетический баланс в электрической цепи. Энергетический баланс определяет соотношение между генерируемой мощностью и потребляемой мощностью в электрической цепи. Мощность источника электрической энергии равна сумме мощностей приемников в электрической цепи. Мощность, генерируемая идеальным источником ЭДС, определяется выражением: Pг = EI. Мощность, потребляемая идеальным резистором: P = RI2. Для схемы баланс мощностей имеет вид Рпр + Рл + Р0 = Рr Здесь Pпр – мощность, потребляемая приемником, P0 – мощность потерь энергии в источнике, определяемая его внутренним сопротивлением, Pг – мощность, генерируемая источником. Уравнение энергетического баланса - следствие закона сохранения энергии. 4) Метод контурных токов. Расчет электрической цепи методом контурных токов Рассмотрим метод контурных токов на данной схеме: Этот метод основан на допущении, что в каждом контуре имеется контурный ток , одинаковый для всех элементов этого контура. Положительные направления токов ветвей выбираются произвольно, также как и направление контурных токов (IA,IБ,IC). Определяем токи в ветвях, зная контурные: Для контура А: IA (R1+R4+R5)+ IБ R4 + IC R5 =E1 ; Для контура Б: IA R4+ IБ(R2+R3+R4)- IC R2 =E2 ; Для контура С: IA R5 - IБ R2 + IC (R2 + R5)=-E2 +E3 . Токи в ветвях: I1 = IA ; I2 = IБ - IC ; I3 = IБ ; I4 = IA + IБ ; I5 = IA + IC ; I6 = IC . Порядок системы уравнений оказывается значительно меньше (3 вместо 6 в методе непосредственного применения закона Кирхгофа). Составляем баланс мощностей для проверки: ∑ Ei*Ii = ∑ Ii2*Ri , если Е совпадает с обходом контура, то оно берется со знаком «+», иначе со знаком « - ». Суммарная мощность, потребляемая всеми резисторами, должна равняться суммарной мощности, генерируемой всеми источниками. 5) Метод преобразований в цепях постоянного тока Некоторые сложные электрические цепи содержат несколько приемников, но только один источник. Такие цепи могут быть рассчитаны методом эквивалентных преобразований. В основе этого метода лежит возможность преобразования двух последовательно или параллельно соединенных резисторов R1 и R2 к одному эквивалентному Rэкв. Преобразование двух последовательно соединенных резисторов: Условием эквивалентного преобразования должно быть сохранение тока и напряжения рассматриваемого участка I = Iэкв, U = Uэкв. Для исходного участка цепи по 2-ому закону Кирхгофа с учетом закона Ома: U = U1 + U2 = R1*I + R2*I = (R1 + R2) I ; Для эквивалентного элемента по закону Ома: Uэкв = Rэкв*Iэкв ; С учетом условий эквивалентного преобразования: U = Uэкв = (R1 + R2) * I = (R1 + R2) * Iэкв = Rэкв* Iэкв ; Отсюда Rэкв = (R1 + R2). Преобразование двух параллельно соединенных резисторов: Для двух параллельно соединенных элементов по 1-ому закону Кирхгофа с учетов закона Ома: ; Для эквивалентного элемента по закону Ома: Iэкв= ; С учетом условий эквивалентного преобразования: I = Iэкв = = = ; Отсюда = или . Преобразование смешанного соединения резисторов: При заданных параметрах электрической цепи (Е,R1,R2,R3 ) расчет проводится методом эквивалентных преобразований следующим образом. Два параллельно соединенных резистора R1 + R2 заменяются одним эквивалентным с сопротивлением Rэкв12 равным Rэкв12 = . Образуется эквивалентная цепь, в которой содержится два резистора Rэкв12 и R3 соединенных последовательно. Напряжение Uab в эквивалентной цепи соответствует напряжению Uab в исходной цепи, а ток в эквивалентной цепи соответствует току в неразветвленной части исходной цепи. Затем два последовательно соединенных резистора Rэкв12 и R3 заменяются одним эквивалентным с сопротивлением Rэкв123, равным Rэкв123 = Rэкв12 + R3 . Образуется простая эквивалентная цепь, в которой содержится один резистор Rэкв123 . Ток в этой цепи соответствует току в неразветвленной части исходной цепи и определяется по закону Ома: I = Uac /Rэкв123 = E/ Rэкв123 ; Для эквивалентной цепи: Uab = I*Rэкв12 ; Ubc = I*R3 . Для исходной цепи: I1 = Uab /R1 ; I2 = Uab /R2. Этот метод применим к цепям, содержащим лишь один источник ЭДС. 6) Однофазные электрические цепи переменного тока. Основные понятия. Цепь с активным сопротивлением Основные понятия Переменным называется ток (напряжение) изменяющий во времени свое направление и величину. В электрических цепях переменного тока наиболее часто используют синусоидальную форму, характеризующуюся тем, что все токи и напряжения являются синусоидальными функциями времени. Электрическая цепь переменного тока, в которой действует одно синусоидальное напряжение, называется однофазной. Известно, что любая синусоидальная величина характеризуется амплитудой, частотой и начальной фазой. Значение синусоидальной величины в любой момент времени называют мгновенным. Обозначаются мгновенные значения строчными буквами: напряжение - u, ЭДС - е, ток - i . Зависимости мгновенных значений синусоидальных напряжения, ЭДС и тока от времени определяются выражениями e = E m sin (ω t + ψe ) , i = I m sin (ω t + ψi ) ,  u =Um sin(ω t +ψu ). Наибольшее значение синусоидальной обозначается прописными буквами Еm, Im, Um. величины-амплитуда.  Аргумент синусоидальной величины называется фазой. (ωt +ψ е) – фаза ЭДС. Значение фазы в начальный момент t = 0 – начальная фаза (ψе) На графиках начальные фазы показывают стрелками, направленными от начала синусоиды к оси ординат. Наименьший промежуток времени, по истечении которого мгновенные значения повторяется – период Т. Число периодов в одну секунду - частота f . Единица частоты – герц (Гц). Часто для удобства на графиках горизонтальную ось обозначают не t, a ωt (рис. 4). Периоду Т соответствует значение аргумента ωT = 2π. Тогда f =1/Т= ω/2π, а ω = 2πf . При стандартной частоте f = 50 Гц, ω =314 рад/с. Разность фаз (φ), которая определяется выражением: φ =ψu −ψi При φ > 0 напряжение опережает ток по фазе; если φ < 0, то напряжение по фазе отстает от тока; при φ = 0 напряжение и ток совпадают по фазе. Идеальный резистор в цепи синусоидального тока На рис. 2. 12 показана простейшая цепь синусоидального тока, содержащая идеальный резистор с сопротивлением R, подключенный к источнику синусоидального напряжения u. синусоидальный ток i. Синусоидальное напряжение источника изображается в виде u = Umsin(ωt+ψu). По закону Ома для мгновенных значений i = uR/R По второму закону Кирхгофа для заданной цепи: uR =u=Umsin(ωt+ψu). Тогда ток в цепи i= uR/R = Um/R sin(ωt+ψu)=Imsin(ωt+ψi) в рассматриваемой цепи устанавливается синусоидальный ток с амплитудой Im = Um/R и действующим значением I= UR/R, Начальная фаза тока равна начальной фазе напряжения Ψi = Ψu , при этом разность фаз, определяемая выражением , φ=ψu −ψi =0 то есть напряжение и ток, в резистивном элементе совпадают по фазе синусоиды напряжения uR (t) и тока i (t) – подобны. При аналитическом изображении комплексными числами с учетом действующих значений комплексное напряжение имеет вид: Полученное выражение определяет закон Ома в комплексной форме для идеального резистивного элемента в цепи синусоидального тока На векторной диаграмме векторы, изображающие ток и напряжение идеального резистора, направлены одинаково. Интенсивность энергетических процессов в идеальном резисторе характеризуется активной мощностью P, определяемой действующими значениями тока и напряжения резистора или действующим значением тока и сопротивлением: P = UR I = RI2 Векторная диаграмма цепи с резистором .Единицы активной мощности Р – Вт, кВт, МВт. Сопротивление R=P/I2 называется активным сопротивлением в цепи синусоидального тока. 7) Однофазные электрические цепи переменного тока. Цепь с индуктивностью Переменным называется ток (напряжение) изменяющий во времени свое направление и величину. В электрических цепях переменного тока наиболее часто используют синусоидальную форму, характеризующуюся тем, что все токи и напряжения являются синусоидальными функциями времени. Электрическая цепь переменного тока, в которой действует одно синусоидальное напряжение, называется однофазной. Идеальный индуктивный элемент в цепи синусоидального тока. На рис. 2. 15 показана простейшая цепь синусоидального тока, содержащая идеальный индуктивный элемент с индуктивностью L, подключенный к источнику синусоидального напряжения u. Под действием напряжения в цепи возникает синусоидальный ток i. На схеме указаны условно- положительные направления напряжений и тока. Положительное направление напряжения uL и тока i совпадают. Необходимо определить соотношение между синусоидальными током и напряжением по величине и по фазе. Синусоидальный ток с амплитудой Im и начальной фазой ψi изображается в виде: i = Imsin(ωt+ψi) . Синусоидальный ток создает переменное магнитное поле, которое, наводит в индуктивном элементе ЭДС самоиндукции. Величина этой ЭДС с учетом условно-положительного направления: e = L*di/dt На основании второго закона Кирхгофа для рассматриваемой цепи можно записать: u = uL и uL = eL Из выражения следует: • напряжение на индуктивном элементе изменяется по синусоидальному закону с амплитудой Um =LωIm и действующем значениемUL = Lω I . • начальная фаза напряжения больше начальной фазы тока на π/2, при этом разность фаз, определяемая выражением, φ=ψu −ψi =(ψi + π/2)−ψi = π/2 напряжение на индуктивном элементе опережает ток по фазе на угол φ = π/2. Соотношение между током и напряжением по величине может быть представлено в виде: I=U/ ωL =U/ XL где величина XL = ωL = 2πfL называется индуктивным сопротивлением. Таким образом, соотношение по величине между током и напряжением индуктивного элемента определяется законом Ома подобно идеальному резистору При графическом изображении временными диаграммами синусоида напряжения uL (t) сдвинута относительно синусоиды тока i (t) в сторону опережения на угол φ = π/2 Полученное выражение определяет закон Ома в комплексной форме для идеального индуктивного элемента в цепи синусоидального тока: На векторной диаграмме вектор напряжения повернут относительно вектора тока на угол π/2 в сторону опережения (против часовой стрелки)  происходит непрерывный колебательный процесс обмена энергией между источником и магнитным полем индуктивного приемника. Это обратимый процесс преобразования энергии. Для характеристики интенсивности этого процесса используют понятие реактивной индуктивной мощности QL. Ее величину определяют амплитудой колебания мгновенной мощности pLmax QL = pLmax =ULI Т.е. реактивная мощность индуктивного элемента равна произведению действующих значений напряжения и тока. С учетом соотношения тока и напряжения по закону Ома реактивная индуктивная мощность цепи с идеальным индуктивным элементом: QL =ULI = XLI2. Индуктивное сопротивление XL=QL / I2 Единицы реактивной индуктивной мощности QL – Вар, КВАр, МВАр. 8) Однофазные электрические цепи переменного тока. Цепь с емкостью Переменным называется ток (напряжение) изменяющий во времени свое направление и величину. В электрических цепях переменного тока наиболее часто используют синусоидальную форму, характеризующуюся тем, что все токи и напряжения являются синусоидальными функциями времени. Электрическая цепь переменного тока, в которой действует одно синусоидальное напряжение, называется однофазной. Идеальный емкостный элемент в цепи синусоидального тока. На рис показана простейшая цепь синусоидального тока, содержащая идеальный емкостный элемент с емкостью С, подключенный к источнику синусоидального напряжения u. u=Umsin(ωt+ψu) Под действием напряжения в цепи возникает синусоидальный ток i. По второму закону Кирхгофа для рассматриваемой цепи: uC =u=Umsin(ωt+ψu). • ток в емкостном элементе изменяется по синусоидальному закону с амплитудой Im =CωUm и действующим значением I = CωU • начальная фаза тока больше начальной фазы напряжения на π/2, при этом разность фаз, определяемая выражением (10) , φ=ψu −ψi =ψu −(ψu +π/2)=−π/2, то есть напряжение на емкостном элементе отстает от тока по фазе на угол π/2. Соотношение между током и напряжением по величине может быть представлено в виде Единица емкостного сопротивления – Ом. Таким образом, соотношение по величине между током и напряжением емкостного элемента определяется законом Ома подобно идеальному резистору и индуктивному элементу: При графическом изображении временными диаграммами синусоида напряжения uL(t) сдвинута относительно синусоиды тока i (t) в сторону отставания на угол π/2 Полученное выражение определяет закон Ома в комплексной форме для идеального емкостного элемента в цепи синусоидального тока. На векторной диаграмме вектор напряжения повернут относительно вектора тока на угол π/2 в сторону отставания (по часовой стрелке) происходит непрерывный колебательный процесс обмена энергией между источником и электрическим полем емкостного приемника. То есть в этой цепи происходит обратимый процесс преобразования энергии. Для характеристики интенсивности этого процесса используют понятие реактивной емкостной мощности QС. реактивная емкостная мощность цепи с идеальным емкостным элементом: QC =UCI=XCI2. Емкостное сопротивление XС=QС/I2 , ОМ Единицы реактивной емкостной мощности QС – Вар, КВАр, МВАр. 9) Мощность однофазной цепи синусоидального тока Мгновенной мощностью называют произведение мгновенного напряжения на входе цепи на мгновенный ток. Пусть мгновенные напряжение и ток определяются по формулам: Тогда Среднее значение мгновенной мощности за период Из треугольника сопротивлений , а . Получим еще одну формулу: Среднее арифметическое значение мощности за период называют активной мощностью и обозначают буквой P. Эта мощность измеряется в ваттах и характеризует необратимое преобразование электрической энергии в другой вид энергии, например, в тепловую, световую и механическую энергию. Возьмем реактивный элемент (индуктивность или емкость). Активная мощность в этом элементе , так как напряжение и ток в индуктивности или емкости различаются по фазе на 90o. В реактивных элементах отсутствуют необратимые потери электрической энергии, не происходит нагрева элементов. Происходит обратимый процесс в виде обмена электрической энергией между источником и приемником. Для качественной оценки интенсивности обмена энергией вводится понятие реактивной мощности Q. где - мгновенная мощность в активном сопротивлении; - мгновенная мощность в реактивном элементе (в индуктивности или в емкости). Максимальное или амплитудное значение мощности p2 называется реактивной мощностью , где x - реактивное сопротивление (индуктивное или емкостное). Реактивная мощность, измеряемая в вольтамперах реактивных, расходуется на создание магнитного поля в индуктивности или электрического поля в емкости. Энергия, накопленная в емкости или в индуктивности, периодически возвращается источнику питания. Амплитудное значение суммарной мощности p = p1 + p2 называется полной мощностью. Полная мощность, измеряемая в вольтамперах, равна произведению действующих значений напряжения и тока: , где z - полное сопротивление цепи. Полная мощность характеризует предельные возможности источника энергии. В электрической цепи можно использовать часть полной мощности , где - коэффициент мощности ". Активная мощность всегда положительна. Реактивная мощность в цепи, имеющей индуктивный характер, - положительна, а в цепи с емкостным характером - отрицательна. 10) Трехфазные цепи. Общие понятия. Соединение фаз трехфазного источника питания звездой, треугольником. Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°). Трехфазный ток, который проводят трехфазные цепи, можно получить, соединив три статорные обмотки в одном корпусе. Такой генератор получил название генератора трехфазного тока. Для уменьшения количества проводов, необходимых для соединения нагрузки с источником питания, или же для уменьшения количества пульсаций в выпрямителях, или же повышения передаваемой мощности без повышения напряжения сети используют разные схемы соединения обмоток, как нагрузки, так и источника. Наиболее распространенными схемами соединения являются треугольник и звезда. Соединения звездой При соединении звездой концы обмоток фаз соединяются вместе в одной точке (в нашем случае показаны как x,y,z), которая носит название нейтральной точки или нуля, и обозначается буквой N. Также нейтральная точка (нейтраль) или ноль может быть соединена с нейтралью источника, а может быть и не соединена. В случае, когда нейтрали источника и приемника электрической энергии соединены, такая система будет называться четырехпроводной, а в случае если не соединены – трехпроводной. Соединение треугольником концы обмоток соединяются с началом следующей обмотки. Также следует помнить, что если при соединении в звезду система может быть как трехпроводной, так и четырехпроводной, то при соединении в треугольник система может быть только трехпроводной. Может сложится впечатление, что при таком соединении в контурах может начать протекать электрический ток даже в случае когда будет отключена нагрузка. Однако это обманчивое впечатление, поскольку при симметричной системе ЭДС будет выполнятся равенство Еа + Еb + Ес = 0. 11) Схема четырехпроводной и трехпроводной трехфазной схемы, соединенной звездой. Расчет, векторная диаграмма. Четырехпроводные трехфазные цепи используются при напряжениях до 1000 В во внутренних и наружных проводках стационарных объектов. При соединении обмоток генератора звездой концы фаз Х, Y, Z соединяют в одну общую точку N, называемую нейтральной точкой (или нейтралью). Концы фаз нагрузки x, y, z так же соединяются в нейтральной точке n. Начала фаз нагрузки (а, b, c) подключаются к началам фаз генератора (А, В, С). Если комплексные сопротивления фаз нагрузки равны между собой ( ), то такую нагрузку называют симметричной. Если это условие не выполняется то нагрузку называют несимметричной. Если пренебречь сопротивлениями линейных и нейтрального проводов, то фазные напряжения на нагрузке будут равны фазным ЭДС источника (генератора): Линейные напряжения можно определить по второму закону Кирхгофа: Токи в каждой фазе приемника определяться по формулам: Так как комплексные сопротивления фаз нагрузки равны, то фазные токи имеют одинаковую величину и сдвинуты относительно векторов фазных напряжений на один и тот же угол. Из рассмотрения треугольника напряжений образованного векторами , и следует, что значение линейного напряжения определяется, как: , то есть при соединении звездой линейное напряжение в раз больше фазного. К В несимметричном режиме, когда , режимы работы четырехпроводной и трехпроводной трехфазных цепей значительно отличаются. В четырехпроводной цепи (рисунок 4.4), благодаря нейтральному проводу напряжения на каждой из фаз нагрузки будут неизменными и равными соответствующим фазным напряжениям источника, как по величине, так и по фазе. Так как комплексные сопротивления фаз не равны то токи в фазах будут различными, и ток нейтрального провода будет отличаться от нуля: . В трехпроводной трехфазной цепи фазные напряжения приемника не будут равны соответствующим фазным напряжениям источника. В этом случае между нейтральными точками источника и приемника возникает напряжение - напряжение смещения нейтрали. Для определения напряжения смещения нейтрали можно воспользоваться методом двух узлов: , где , , - комплексные проводимости фаз нагрузки. Зная напряжение смещения нейтрали и фазные напряжения источника можно определить фазные напряжения на нагрузке: , , . Векторная диаграмма соответствующая несимметричному режиму работы трехпроводной цепи показана на рисунке 4.8. Из векторной диаграммы видно, что несимметрия нагрузки в трехпроводной цепи приводит к значительному искажению системы фазных напряжений на нагрузке, причем фазные напряжения могут значительно превышать свои номинальные значения. Поэтому в трехпроводных цепях, при соединении нагрузки звездой допустим только симметричный режим, то есть комплексные сопротивления фаз нагрузки должны быть равны. 12) Соединения трехфазных приемников энергии треугольником. Расчет, векторная диаграмма. На основании схемы рис. 3.12 и выражения (3.16) можно сделать вывод о том, что соединение треугольником следует применять тогда, когда каждая фаза трехфазного приемника или однофазные приемники рассчитаны на напряжение, равное номинальному линейному напряжению сети. Как видно из схемы рис. 3.12, каждая фаза приемника при соединении треугольником подключена к двум линейным проводам. Поэтому независимо от значения и характера сопротивлений приемника каждое фазное напряжение равно соответствующему линейному напряжению: Uф = Uл . (3.16) Если не учитывать сопротивлений проводов сети, то напряжения приемника следует считать равными линейным напряжениям источника. 13) Конструкция силовых трансформаторов. Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного (синусоидального) тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. По числу фаз трансформаторы подразделяются на однофазные и трехфазные. Каждая фаза трансформатора имеет первичную обмотку (к ней энергия подводится от источника) и вторичную обмотку (с нее энергия поступает к потребителю). Общий вид трехфазного силового трансформатора изображен на рисунке. Трехфазный трансформатор с естественным масляным охлаждением с трубчатым баком: кран для спуска масла; расширитель; вводы низкого напряжения (НН); вводы высокого напряжения (ВН); ртутный термометр; кран для заливки масла; бак; крюк подъемника; трубы; каток. У трансформатора 2 основные части: магнитопровод и обмотки. Трансформаторы большой мощности также имеют систему охлаждения. Магнитопровод изготовляют из горячекатаной или холоднокатаной листовой электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Обмотки трансформатора чаще всего выполняются в виде цилиндрических катушек из медных или алюминиевых изолированных друг от друга проводов круглого или прямоугольного сечения. Первичная и вторичная обмотки обычно располагаются на одном стержне магнитопровода (см. рис.). Обмотка низшего напряжения (НН) помещается ближе к стержню, а обмотка высшего напряжения (ВН) – снаружи. Между обмотками находится изолирующий цилиндр. Такая конструкция позволяет уменьшить потоки рассеяния и экономит изоляционный материал для катушек высшего напряжения. По способу охлаждения трансформаторы делятся на сухие и масляные. Трансформаторы малой мощности (примерно до 20 кВ*А) изготовляют сухими. Они либо естественно охлаждаются воздухом, либо обдуваются при помощи вентиляторов. Трансформаторы средней и большой мощности выполняются масляными. В этом случае магнитопровод с обмотками располагают в баке с трансформаторным маслом. Масло, помимо отвода тепла, предохраняет обмотки трансформатора от соприкосновения с воздухом, что замедляет старение изоляции и увеличивает ее пробивную прочность. 14) Принцип действия и применение силовых трансформаторов. Трансформаторы широко применяются в разных областях электротехники, радиотехники, электроники, в устройствах измерения, автоматического управления и регулирования. По особенностям конструкции и применению трансформаторы можно разделить на силовые, сварочные, измерительные и специальные. Наибольшее применение в народном хозяйстве получили силовые трансформаторы, которые являются необходимым элементом промышленной электрической сети. Генераторы на электростанциях вырабатывают электрическую энергию при напряжении не более 24 кВ, т.к. при более высоких напряжениях возникают трудности создания достаточной изоляции в электрических машинах. Передача электрической энергии на большие расстояния при таких относительно низких напряжениях экономически невыгодна из-за больших потерь мощности в линии. При низких напряжениях U та же мощность (P = U*I*cosφ) получается при большем токе I, следовательно, увеличивается мощность потерь в проводах RI2, т.е. необходимо увеличивать сечение проводов. Поэтому на электрических станциях устанавливаются силовые трансформаторы, повышающие напряжение до 110, 220, 500 и 750 кВ. У потребителей напряжение при помощи трансформаторов понижается несколькими ступенями: на районных подстанциях до 35 (10) кВ, на подстанциях предприятий до 10 (6) кВ и на подстанциях цехов и жилых районов – до 380/220 В. 15) Холостой ход трансформатора. Векторная диаграмма трансформатора на холостом ходу. Режимом холостого хода называется работа трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки (рис. 1.2) В первичной обмотке протекает ток холостого хода , который создает магнитный поток в сердечнике трансформатора Ф и поток рассеяния , сцепляющийся с первичной обмоткой. Каждый из этих потоков наводит в первичной обмотке ЭДС и . Так как величина потока рассеяния пропорциональна току , то ЭДС потока рассеяния можно представить как . Тогда уравнение Кирхгофа для первичной цепи трансформатора с учетом падения напряжения на активном сопротивлении обмотки будет иметь вид – или в символической форме – , где - индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки. Для вторичной цепи, ввиду отсутствия в ней тока, уравнение Кирхгофа имеет вид . Векторная диаграмма, соответствующая этим уравнениям представлена на рис. 1.3. Ток холостого хода опережает создаваемый им магнитный поток Ф на величину угла магнитных потерь в сердечнике трансформатора. Эти потери возникают вследствие того, что поток Ф наводит в поперечном сечении магнитопровода вихревые токи, нагревающие материал сердечника. Кроме того, потери в сердечнике возникают также в результате перемагничивания. Если вектор тока разложить на реактивную составляющую, совпадающую с направлением потока , и активную, перпендикулярную потоку , то активная составляющая тока будет соответствовать суммарным потерям в магнитопроводе, связанным с вихревыми токами и перемагничиванием. Реактивная составляющая тока определяет величину магнитного потока в сердечнике трансформатора и называется намагничивающим током. Ток холостого хода трансформатора в несколько раз меньше тока, соответствующего работе его под нагрузкой. Поэтому падения напряжения на активном сопротивлении и индуктивном сопротивлении рассеяния очень мало и приближенные равенства или выполняются с высокой точностью. Следовательно, в режиме холостого хода отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках соответствует коэффициенту трансформации . 16) Уравнения электрического состояния трансформатора . Эквивалентная схема трансформатора. Полная система уравнений электрического состояния для преобразованной эквивалентной схемы имеет такой вид: Эти уравнения описывают электрическое состояние двухконтурной цепи, которая носит название полной или Т-образной расчетной схемы замещения: Ветвь с током I10 представляет собой активное R и индуктивное X сопротивления цепи намагничивания. Трансформаторы часто замещают упрощенными расчетными схемами: В первой из них - Г-образной - ветвь с током I10перенесена на зажимы первичной обмотки. Такой перенос почти не изменяет токов в ветвях, так как падение напряженияI1 Z1незначительно и . Активные сопротивления и сопротивления рассеяния обмоток объединяются: , , В ряде случаев используется более упрощенная схема, в которой ветвью с током пренебрегают 17. Рабочий режим трансформатора. Внешняя характеристика транформатора Рабочий режим — это работа трансформатора при подключенных потребителях или под нагрузкой (под нагрузкой понимается ток вторичной цепи — чем он больше, тем больше нагрузка). К трансформатору подключаются различного рода потребители: электрические двигатели, освещение и т. п. Первичная обмотка подключается к источнику синусоидального напряжения Ток в первичной обмотке или, точнее, МДС вызывает основной магнитный поток и магнитный поток рассеяния Изменяющийся магнитный поток пронизывает обмотки и согласно закону электромагнитной индукции в обмотках наводятся ЭДС и выбранные положительные направления которых показаны на рис. К вторичной обмотке подключен потребитель с сопротивлением (в комплексной форме), т.е. вторичная обмотка замкнута, и ток в ней вызывает МДС . Как видно из рис., МДС направлена против МДС , т. е. поток вторичной обмотки направлен навстречу потоку первичной обмотки. Внешняя характеристика трансформатора. Она представляет собой зависимость между вторичным напряжением и током нагрузки при заданном напряжении на входе трансформатора . Внешние характеристики при активной и активно-индуктивной нагрузках представлены на рис. Чем больше нагрузка, т.е. чем больше токи , тем меньше напряжение . 18. Мощность потерь и КПД трансформатора. Уравнение баланса мощности в цепи с трансформатором , где – активная мощность, поступающая из сети питания (от источника); - активная мощность потребителей; – суммарная мощность потерь в трансформаторе; — мощность потерь в стали; — мощность потерь в проводах обмоток. Мощность потерь в стали магнитопровода из-за гистерезиса и вихревых токов зависит от амплитуды магнитного потока , а так как , то мощность потерь в стали не изменяется, т. е. не зависит от нагрузки при постоянном значении напряжения питания . Эти потери составляют 1—2 % номинальной мощности. Мощность потерь в проводах обмоток зависит от нагрузки, так как Зависимость потерь в стали и меди от коэффициента нагрузки показана на рис. Коэффициент полезного действия трансформатора. КПД трансформатора можно рассчитать по формуле Так как коэффициент нагрузки и в опытах холостого хода и короткого замыкания было получено, что , а , то КПД . Зависимость КПД трансформатора от нагрузки показана на рис. Наибольшее значение КПД трансформатора будет при нагрузке 50-70% номинальной. Максимальный КПД силовых трансформаторов доходит до 99,5%. 19) Принцип действия и область применения асинхронных двигателей(АД) Асинхронный двигатель – это машина переменного тока. Слово «асинхронный» означает неодновременный. При этом имеется в виду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Основными частями машины являются статор и ротор, отделенные друг от друга равномерным воздушным зазором. Принцип работы При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся. Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение. Скольжение s - это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n1 магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n2, в процентном соотношении. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n2 ротора относительная разность частот n1-n2 становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины sкр -критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме - 1 - 8 %. Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся. Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

Применение асинхронных двигателей

В настоящее время практически все электроприводы представляют собой нерегулируемые приводы с асинхронными двигателями. Они нашли широкое применение в теплоснабжении, водоснабжении, системах кондиционирования и вентиляции, компрессорных установках и других сферах. Пуск двигателя, при подключении через частотный преобразователь, осуществляется плавно, без ударов и пусковых токов, благодаря чему уменьшается нагрузка на механизмы и двигатель, увеличивая срок их эксплуатации. Использование регулируемого электропривода дает возможность сэкономить до восьмидесяти процентов электроэнергии. Наиболее успешно частотные преобразователи используются в насосах дополнительной подкачки в системах тепло- и водоснабжения. Такие системы отличаются неравномерностью водопотребления в зависимости от времени года, дня недели и времени суток. Точное регулирование скорости вращения необходимо в процессах производства полимерных нитей, бумаги, проволоки, стеклоткани. Использование частотного преобразователя в подобных процессах дает возможность получить продукцию высокого качества, повысить производительность, исключить обрывы, при этом материал при намотке будет иметь равное натяжение по всей толщине рулона.

20) Устройство и режим холостого хода АД

Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 °. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока.

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из пластин электротехнической стали.
Рис. Конструкция асинхронного двигателя.

1-станина; 2-сердечник статора; 3-обмотка статора; 4-клеммная коробка;

5-сердечник ротора; 6-стержни обмотки ротора; 7-короткозамыкающие кольца; 8-вал; 9-подшипник; 10-подшипниковый щит; 11-вентилятор; 12-крышка вентилятора.

Режим холостого хода асинхронного двигателя возникает при отсутствии на валу нагрузки в виде редуктора и рабочего органа. Из опыта холостого хода могут быть определены значения намагничивающего тока и мощности потерь в магнитопроводе, в подшипниках, в вентиляторе. В режиме реального холостого хода s=0,01-0,08. В режиме идеального холостого хода n2=n1, следовательно s=0 (на самом деле этот режим недостижим, даже при допущении, что трение в подшипниках не создаёт свой момент нагрузки — сам принцип работы двигателя подразумевает отставание ротора от поля статора для создания поля ротора. При s=0 поле статора не пересекает обмотки ротора и не может индуцировать в нём ток, а значит не создаётся магнитное поле ротора).

21) Скольжение асинхронного двигателя. Схема замещения асинхронного двигателя.

Схема замещения асинхронного двигателя

Если построить схему замещения двигателя, то она будет иметь вид, аналогичный схеме замещения трансформатора, в которой вместо сопротивления нагрузки Z′н будет сопротивление R’ В этой схеме величина равна сопротивлению, на котором при токе I′2 рассеивается электрическая мощность , равная мощности на валу двигателя, т.е.

где - угловая скорость ротора.

Более удобной при практических расчетах является Г-образная схема замещения. В Г-образной схеме, намагничивающая ветвь вынесена к входным зажимам. Таким образом, вместо трех ветвей получают две ветви, первая – намагничивающая, а вторая – рабочая. Но данное действие требует внесение дополнительного коэффициента c₁, который представляет собой отношение напряжения подводимого к двигателю, к ЭДС статора.

Величина c₁ приблизительно равна 1, поэтому для максимального упрощения, на практике принимают значение c₁≈1. При этом следует учитывать, что значение коэффициента c₁ уменьшается с увеличением мощности двигателя, поэтому более точное приближение будет соответствовать более мощному двигателю.

22. Частота тока ротора. Электродвижущие силы обмоток двигателя.

При неподвижном роторе частота ЭДС f₂ равна частоте сети f. f₂=f=(n₀p)/60.

При вращающемся роторе частота ЭДС ротора зависит от частоты вращения магнитного поля относительно вращающегося ротора, которая определяется соотношением: n'=n₀−n.

Тогда частота ЭДС вращающегося ротора:

Частота ЭДС ротора изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход. Пусть при f=50Гц, номинальное скольжение S_н=2%. Тогда при номинальной частоте вращения ротора f₂=f×S_н=1Гц. Таким образом, в обмотке ротора асинхронной машины частота наводимой ЭДС зависит от частоты вращения ротора.

Запишем уравнение равновесия для одной фазы короткозамкнутого ротора. При неподвижном роторе. , где: x₂=2πfL₂ – индуктивное сопротивление обмотки неподвижного ротора, связанное с потоком рассеяния; R₂ – активное сопротивление обмотки ротора, связанное с потерями на нагрев обмотки.

При вращающемся роторе. где: x₂_S=2πf₂L₂=2πfL₂S=x₂S – индуктивное сопротивление обмотки вращающегося ротора.

Для тока ротора в общем случае можно получить такое соотношение:

Отсюда следует, что ток ротора зависит от скольжения и возрастает при его увеличении, но медленнее, чем ЭДС.

23) Уравнения электрического состояния. Схема замещения ад.

Уравнения электрического состояния. По аналогии с трансформатором можно написать уравнения второго закона Кирхгофа обмоток статора и ротора.

Для статора и для вращающего ротора

где и R’2 - параметры ротора, приведенные к числу витков статора;

– соответственно ЭДС ротора и напряжение рассеяния у вращающегося ротора.

Эти уравнения являются основой для описания электромагнитных процессов в асинхронном двигателе и его математического моделирования.

Преобразуем уравнение для вращающегося ротора следующим образом:

Сравнивая между собой уравнение для вторичной обмотки трансформатора с уравнением для вращающейся обмотки ротора, можно видеть несоответствие между ними. В уравнении для трансформатора правая часть имеет три слагаемых, а уравнение 2 – два слагаемых.

Уравнение примет вид

Если теперь сравнить уравнение для вторичной обмотки трансформатора с (3.18), то из закона сохранения энергии следует, что механическая мощность на валу двигателя соответствует величине

Схема замещения. Если построить схему замещения двигателя, то она будет иметь вид, аналогичный схеме замещения трансформатора, в которой вместо сопротивления нагрузки Z′н будет сопротивление R’ В этой схеме величина равна сопротивлению, на котором при токе I′2 рассеивается электрическая мощность , равная мощности на валу двигателя, т.е.

где - угловая скорость ротора.

24) Энергетические соотношения. КПД двигателя.

Активная мощность и потери. Потребляемая двигателем электрическая мощность преобразуется в механическую. Эта мощность представляет собой активную мощность.

Мощность, потребляемая двигателем из сети Р₁, отличается от мощности на валу двигателя Р₂ на значение мощности потерь в самом двигателе ΔР, т.е. Р₁=Р₂+ ΔР.

Чем меньше потери , тем больше КПД двигателя. Мощность потерь, нагревающих машину, складывается из мощности электрических, магнитных и механических потерь. Электрические потериΔР_э возникают в обмотках статора и ротора, т.е. , где – потери в обмотке статора и – потери в обмотке ротора.

Магнитные потери в магнитопроводе возникают за счет явлений гистерезиса и вихревых токов в статоре и в роторе , т.е.

Механические потери вызваны силами трения в подшипниках, в скользящем контакте на кольцах, о воздушную среду. На основе изложенного

Магнитными потерями в пакете ротора можно пренебречь из-за их малости в сравнении с другими слагаемыми. Поэтому практически можно считать, что

КПД двигателя. КПД двигателя есть отношение полезной мощности, т.е. мощности на валу двигателя (паспортной мощности) , к потребляемой мощности из сети , т.е.

Постоянные потери в двигателе ,а переменные потери , то .

КПД двигателя изменяется в зависимости от нагрузки двигателя, поэтому в формуле КПД следует учесть коэффициент загрузки .

Переменные электрические потери ΔР, пропорциональны квадрату тока, формула КПД аналогична формуле КПД для трансформатора, т.е.

КПД асинхронного двигателя составляет 0,75 – 0, 95. Большее значение КПД имеет двигатель большей мощности. График изображен на рисунке

25) Коэффициент мощности АД (асинхронный двигатель).

Активная Р_а и реактивная Q мощности применительно к установившемуся режиму работы трехфазного АД могут быть рассчитаны по следующим формулам:

Для П-образной схемы замещения АД при

На рис. приведены зависимости номинального коэффициента мощности АД от различных номинальных мощностей . Характерным для них является более высокое значение cos для двигателей с большими номинальными мощностями и скоростями вращения.

Для большинства АД cos ~ 0,8...0,9. Для этих значений Q = (0,5...0,75) Р_р т.е. АД на каждый киловатт активной мощности потребляет из сети 0,5...0,75 кВ реактивной мощности и чем ниже cos φ,тем большую реактивную мощность потребляет АД из сети, загружая ее дополнительным током и вызывая дополнительные потери.

Коэффициент мощности АД существенно зависит от его нагрузки. При холостом ходе АД коэффициент мощности невелик, так как при этом относительно велика доля реактивной мощности по сравнению с активной. По мере увеличения нагрузки АД возрастает и cos φ,достигая своего максимального значения примерно в области ее номинальных значений. Зависимость cos φ от кратности механической нагрузки для АД серии 4А при различных номинальных значения cos φ приведена на рис.

26) Механическая характеристика асинхронного двигателя

Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения двигателя от вращающего момента на валу. Она позволяет анализировать поведение двигателя при изменении его механической нагрузки. Общий вид механической характеристики можно определить графически, анализируя зависимости каждого из параметров, определяющих электромагнитный вращающий момент.

На рис показаны зависимости этих параметров от частоты вращения.

Индукция магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, В1 определяется величиной напряжения источника U1 и частотой тока f. При неизменном напряжении и частоте тока источника индукция магнитного поля статора также неизменна, поэтому на графике зависимости от частоты вращения В1(n) изображается прямой горизонтальной линией. ЭДС е2, индуцируемая в обмотке ротора, в соответствии с (6.2.2) при неизменной индукции магнитного поля пропорциональна скорости v относительного движения ротора и магнитного поля. Эта скорость определяется разностью частоты вращения ротора и магнитного поля, т.е. скольжением s. v = πD2( n0 − n ) = πD2n0s .

Для анализа работы асинхронного двигателя в системе электропривода удобно изображать механическую характеристику как зависимость частоты вращения от вращающего момента n=f(M). Это позволяет определять изменение частоты вращения при изменении момента нагрузки на валу и формировать алгоритмы регулирования частоты вращения. Механическая характеристика n=f(M) показана на рис. 6.2.20.

Точка 1 механической характеристики соответствует режиму холостой

ход асинхронного двигателя, когда частота вращения равна синхронной, а скольжение s=0. При этом вращающий момент М=0. Точка 4 соответствует пусковому режиму, когда частота вращения n=0, а скольжение s=1. В этом режиме двигатель создает пусковой момент М пуск. Точка номинального режима работы находится на рабочей ветви механической характеристики 1-3 (точка 2). В этом режиме двигатель развивает номинальный момент Мном и вращается с номинальной частотой вращения nном. При этом скольжение равно номинальному sном. Как видно, номинальная частота вращения близка к синхронной. Точка 3 соответствует критическому режиму, когда двигатель развивает максимальный момент Ммакс. При превышении момента нагрузки над максимальным двигатель останавливается.

27. Конструктивное выполнение электрических сетей.

Электрические сети промышленных предприятий напряжением выше 1 кВ могут иметь следующие номинальные напряжения:6,10,20,35,110 и 220 кВ. По назначению различают сети питающие, распределительные, местные и районные.

Питающими называют сети, передающие электроэнергию от энергосистемы предприятиям.

Распределительными называют сети, к которым непосредственно присоединяют электроприемники (6,10,20 и 35 кВ).

Распределительнымитакже называют и сети более высокого напряжения (110, 220 кВ), если они питают подстанции глубокого ввода (ПГВ), расположенные на территории промышленного предприятия.

Местныеэлектрические сети – это сети напряжением до 35 кВ обслуживающие небольшие районы с относительно малой плотностью нагрузки.

Районные электрические сети – это сети напряжением 110 кВ и выше, охватывающие большие районы и связывающие электростанции системы между собой и с центрами нагрузок.

По конструктивному исполнению электрические сети подразделяются на воздушные и кабельные линии.

Воздушной линией (ВЛ) называют устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, проложенным открыто и прикрепленным изоляторами и арматурой к опорам.

К главным конструктивным элементам ВЛ относятся: опоры, провода, изоляторы, линейную арматуру, защитный грозотрос.

ВЛ в зависимости от напряжения подразделяют на три класса: I- выше 35 кВ; II- до 35 кВ; III – до 1 кВ.

Согласно ПУЭ (правила устройства электроустановок), наименьшие значения площади сечения проводов ограничиваются по условиям механической прочности и снижения потерь на коронирование. ВЛ 6 кВ – 25 мм²; 35 кВ- 35мм²; 110 кВ – 70 мм²; 220 кВ – 240 мм².

Кабельной линией называют устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. Стоимость кабельных линий в 2-3 раза выше, чем ВЛ на напряжение 6÷35 кВ и в 5-8 раз – при напряжении 110 кВ.

При числе кабелей до 18 в одном направлении прокладывают в траншеях (по 6 кабелей в одной траншее). При числе кабелей 24 и более экономичнее эстакадный способ прокладки. При числе кабелей 30 и более возможна их прокладка в туннелях и коллекторах.

Сечение проводов ВЛ и КЛ должно быть таким, чтобы провода не перегревались при любой нагрузке в нормальном рабочем режиме, потеря напряжения не превышала установленные пределы, а плотность тока в проводах соответствовала экономической.

I_р = S_р/√3U_н , (3.1)

I_р≤ I_доп , (3.2)

где I_доп – длительно допустимый ток провода или кабеля по справочнику.

Потеря напряжения зависит от активного и индуктивного сопротивления линии.

ΔU = √3 I_р (Rcosφ + Хsinφ), (3.3)

∆U = (РR + QX)/U_н (3.4)

Допустимые потери напряжения на участках электросети:

- для ВЛ 6-10 кВ – 5%; для ВЛ 10-110 кВ, питающих ГПП предприятия – 10%.

Для сетей напряжением выше 1000В сечение провода определяется по экономической плотности тока и проверяется по нагреву длительно допустимым током.

F = I_р/j_э , (3.5)

где F – расчетное сечение (мм²), далее выбирается ближайшее стандартное; j_э – экономическая плотность тока, А/мм² в зависимости от материала проводника, места расположения линии и продолжительности использования максимума нагрузки.

28) УСТРОЙСТВО ВОЗДУШНЫХ ЛЭП

Для выполнения электрических сетей применяются неизолированные (голые) и изолированные провода, кабели, шинопроводы.

Голые провода – без изолирующих покровов. Их можно прокладывать только в условиях, исключающих случайное прикосновение к ним людей. Прикосновение проводящим предметом приводит к замыканию.

Наибольшее распространение голые провода получили на воздушных линиях, т.е. на открытом воздухе. Провода подвешиваются к опорам при помощи изоляторов и арматуры.

Воздушные линии

Воздушной линией электропередач (ВЛ или ВЛЭП) называют устройство для передачти электроэнергии по проводам.

Воздушные линии состоят из трёх элементов: проводов, изоляторов и опор. Расстояние между двумя соседними опорами называют длиной пролёта или пролётом линии l.

Провода к опорам подвешиваются свободно, и под влиянием собственной массы провод в пролёте провисает по цепной линии. Расстояние от точки подвеса до низшей точки провода называют стрелой подвеса f.

Наименьшее расстояние от низшей точки провода до земли называется габаритом приближения провода к земле h. Габарит должен обеспечивать безопасность движения людей и транспорта, он зависит от условий местности, напряжения линий и т.п.. Для ненаселенной местности габарит h=5-7м, для населенной – 6-8м.

Высота опоры при горизонтальном расположении проводов определяется габаритом h и максимальной стрелой подвеса f. При креплении проводов на гирляндах изоляторов, высота опоры увеличивается ещё на длину λ.

Длину пролёта линии l обычно определяют из экономических соображений.

С увеличением длины пролёта возрастает стрела подвеса, а следовательно, и высота опор, что увеличивает их стоимость.

Вместе с увеличением длины пролёта уменьшается количество опор и снижается стоимость изоляции линии. Для линий напряжением 1кВ длина пролёта обычно составляет 30-75 м, для 110кВ длина 150-200м при высоте опор с горизонтальным расположением проводов – 13-14м, для линий с напряжением 220-500кВ – длина пролёта – 400 - 450 м при высоте опор 25-30м.

Над проводами воздушных линий для защиты от атмосферных перенапряжений подвешиваются горизонтальные тросы. Обычно используют тросы из сталеалюминиевых проводов. При подвеске на изоляторах тросы могут быть использованы в качестве проводов связи.

29) КОНСТРУКЦИЯ Проводов воздушных линий

Провода воздушных линий чащу всего неизолированные(голые).

Разнообразные условия работы ВЛЭП определяют необходимость меть разные конструкции проводов. Основными конструкциями являются:

-однопроволочные провода из одного металла

-Многопроволочные провода из одного металла

-многопроволочные провода из двух металлов

-пустотелые провода

-биметаллические провода.

Однопроволочные провода выполняют из одной провлоки.

Многопроволочные провода из одного металла состоят из нескольких свитых между собой проволок. Провода имеют одну центральную проволоку, вокруг которой делаются повивы провлок.

Многопроволочные провода имеют по сравнению с однопроволочными ряд существенных преимуществ:

-большую гибкость, что обеспечивает большую сохранность и удобство монтажа

-высокие сопротивления на разрыв

Однопроволочные провода изготавливаются для сечений 4,6,10 мм2, многопроволочные – от 10 мм2.

Желание повысить механическую прочность привело к изготовлению алюминиевых проводов со стальным сердечником, называемых сталеалюминиевыми.

Сердечник провода выполняется из одной или нескольких свитых оцинкованных проволок. Алюминиевые проволоки, покрывающие стальной сердечник одним, двумя или тремя повивами, являются токоведущей частью провода. Электропроводимость стального средечника мала, и поэтому не учитывается.

Механическую нагрузку (тяжение по проводу) воспринимают сталь и алюминий.

При необходимости сочетать малое активное сопротивление провода с очень большой механической прочностью применяют сталебронзовые и сталеалдреевые провода.

Алдрей представляет собой сплав алюминия с незначительной долей (около 1.2%) магния и кремния.

Пустотелые медные и биметаллические (стальная проволока покрыта приваренным слоем меди) применяются редко.

Для удобства записей провода обозначаются марками: М-медь, А-алюминий, Ал- Алдрей, С-сталь, Б-бронза.

Рядом с маркой даётся номинальное сечение провода, например А-50 обозначает алюминиевый провод с сесением 50 мм2.

Принята следующая шкала номинальных сечений неизолированных проводов: 4,6,10,16,25,35,50,70,95,120,150,185,140,300,400,500,600,700 мм2.

30) Изоляторы воздушных линий.

Применяются следующие типы изоляторов:

-фарфоровые штыревые типа ШС-6, ШС-10 для линий напряжением 6...20 кВ;

-фарфоровые штыревые типа Ш-20, ШД-35 для линий напряжением 20...35 кВ;

-подвесные фарфоровые или стеклянные изоляторы ПФ и ПС для линий напряжением 35 кВ и выше.

При напряжении 110 кВ и выше применяются только подвесные изоляторы, которые собираются в гирлянды.

Виды гирлянд изоляторов:

- Подвесная (промежуточные опоры)

- Натяжная (анкерные и концевые опоры)

В подвесных гирляндах провод только поддерживается с помощью зажимов, в натяжных – закрепляется наглухо.

Поддерживающие и натяжные гирлянды изоляторов закрепляются на траверсе промежуточной опоры при помощи серьги 1. Серьга 1 с одной стороны соединяется со скобой или с деталью на траверсе, а с другой стороны вставляется в шапку верхнего изолятора 2. К нижнему изолятору гирлянды за ушко 3 прикреплён поддерживающий зажим 4, в котором помещён провод 5.

Гирлянды подвесных изоляторов бывают поддерживающие и натяжные. Поддерживающие изоляторы располагаются вертикально на промежуточных опорах, натяжные гирлянды используются на анкерных опорах и находятся почти в горизонтальном положении. На ответственных участках ЛЭП применяют сдвоенные гирлянды.

Число изоляторов в гирлянде зависит от напряжений ЛЭП и материала опоры. На деревянных и железобетонных опорах при напряжении 35 кВ берется два подвесных изолятора в гирлянде, при напряжении 110 кВ – шесть изоляторов, при напряжении 220 кВ – двенадцать изоляторов.

На металлических опорах берется на один-два изолятора больше.

31) Опоры воздушных ЛЭП

Прокладываются на деревянных, металлических и железобетонных опорах.

По назначению: промежуточные(наиболее распространенные, на равнинах 80-90% от общего числа опор), анкерные, угловые, концевые.

Опоры: одноцепные/двухцепные; с тросом/без троса.

Анкерные опоры устанавливаются через определенное число пролетов(3-5км линии), имеют жесткое закрепление проводов и рассчитаны на обрыв всех проводов.
Схема воздушной линии

Концевые опоры устанавливаются на подходах к подстанциям, они выполняются жесткими,провода крепятся натяжными гирляндами изоляторов.
В точках поворота ЛЭП устанавливаются угловые опоры.

На линиях напряжением 220кВ и выше применяется расщепление проводов-подвешивают несколько проводов в фазе.Достигается уменьшение напряженности эл.поля. около проводов и ослабление ионизации воздуха(короны)

Расположение проводов по вершинам треугольника

распространено на линии с напряжением до35кВ и на одно-

цепных линиях 110кВ на металлич. и железобетонных опорах.

Горизонтальное расположение-на линиях напряжением 110кВ

и выше с металлич. и ж/б опорами.

Расположение «обратная елка» для двухцепных опор.

Различие во взаимном расположении проводов приводит к различию индуктивных сопротивлений фаз. Для их уравнивания на ЛЭП длиной более 100км применяют транспозицию проводов:линия делится на 3 участка,на которых каждый из 3-х проводов занимает все 3 возможные положения.

В точках линии, где провода меняются местами, устанавливают транспозиционные опоры.
При пересечении больших рек и тд,при больших пролетах устанавливаются переходные опоры высотой 50..100м и более.

32)Конструкции кабелей

Кабель- готовое заводское изделие, состоящее из изолированных токоведущих жил, заключенных в защитную герметичную оболочку, которая может быть защищена от механических повреждений броней. Кабели выпускаются на напряжение до 110кВ включительно. Силовые кабели на напряжение до 35 кВ имеют от 1 до 4 медных или алюминиевых жил сечениями 1…2000мм². Жилы сечением до 16мм2-однопроволочные, свыше - многопроволочные. По форме сечения жилы одножильных кабелей круглые, а многожильных- секторные или сегментные. Преимущественно применяются кабели с алюминиевыми жилами, реже- с медными: для перемещающихся механизмов, во взрывоопасных помещениях. Изоляция жил выполняется из кабельной бумаги, пропитанной масло-канифольным составом, резины, поливинилхлорида и полиэтилена.

Защитная герметичная оболочка кабеля предохраняет изоляцию от вредного действия влаги, газов, кислот и т.д. Оболочки делаются из свинца, алюминия, резины и поливинлхлорида.

В кабелях напряжением выше 1 кВ для повышения электрической прочности между изолированными жилами и оболочкой прокладывается слой поясной изоляции. Броня кабеля выполняется из стальных лент или стальных оцинкованных проволок. Поверх брони накладывают покровы из кабельной пряжи(джута), пропитанной битумом и покрытой меловым составом.

Силовые кабели состоят из: токопроводящие жилы, изоляция, оболочка, экран, защитный покров.

Обозначения марок кабелей соответствуют их конструкции, например, первая буква обозначает материал жил (А-алюминий)

Токопроводящие жилы. Назначение- фазные, нулевые. Материал- медные, алюминиевые. Конструкция- круглые, фасонные, однопроволочные, многопроволочные.

Изоляция. Назначение- обеспечение электрической прочности жил кабеля. Виды изоляции- непосредственно на жиле- изоляция жилы, поверх жил- поясная.

Оболочки. Назначение- защита внутренних элементов кабеля от влаги, света, химических веществ и механических воздействий. Материал- алюминий, свинец, пластмасса.

Экраны. Назначение- защита цепей систем электроснабжения от электромагнитного влияния токов кабелей. Расположение- на поясной изоляции. Материал- электропроводящая бумага, оплетка из медных проволочек и электропроводящий полиэтилен.

Защитный покров. Назначение- защита оболочек кабеля от внешних воздействий. Состав- подушка, бронепокров, наружный покров. Подушка- защита оболочки от мех. повреждений. Наружный покров- защита брони от коррозии.

Отдельные отрезки кабелей напряжением до 1 кВ соединяются чугунными муфтами, напряжением выше 1 кВ- свинцовыми.

Концы кабелей разделываются, а для лучшего контакта с шинами распределительного устройства на концы жил напаиваются или привариваются наконечники. Для предотвращения попадания в кабель влаги влаги, кислот и других реагентов, концы кабеля герметически заделывают. Часто применяются концевые заделки кабелей из эпоксидного компаунда. Также применяют сухие концевые заделки из поливинилхлоридных липких лент и лаков.

33.Способы прокладки кабелей

Кабельные прокладки напряжением 6…10кВ применяются на предприятиях небольшой и средней мощности и в городских сетях. Трасса кабельных линий выбирается кратчайшая с учетом наиболее дешевого обеспечения их защиты от механических повреждений, коррозии, вибрации и т.д. Способы прокладки кабелей: в траншеях, каналах, туннелях, блоках, эстакадах.

Прокладка кабелей в траншеях. Она и экономична по расходу цветного металла, т.к. допустимые токи на кабели больше( примерно в 1,3 раза) при прокладке в земле, чем в воздухе. Прокладка в траншеях не применяется на участках с большим числом кабелей, при большой насыщенности территории надземными и подземными технологическими и транспортными коммуникациями, на участках, где возможно разлитие горячего металла или жидкостей, разрушающе действующих на оболочку кабелей ; в местах, где возможны блуждающие токи опасных значений, большие механические нагрузки, размытие почвы и т.д. Земляная траншея для укладки кабелей должна иметь глубину не менее 800 мм. На дне траншеи создают мягкую подушку толщиной 100мм из просеянной земли. Глубина заложения кабеля должна быть не менее 700мм. Ширина траншеи зависит от числа кабелей, прокладываемых в ней. Расстояние между несколькими кабелями напряжением до 10кВ должно быть не менее 100мм. Кабели укладывают на дне траншеи в один ряд. Сверху кабели засыпают слоем мягкого грунта. Для защиты кабельной линии напряжением выше 1кВ от мех. повреждений ее по всей длине поверх верхней подсыпки покрывают бетонными плитами или кирпичом, а линии напряжением до 1кВ- только в местах вероятных разрытий. Трассы кабельных линий прокладываются по непроезжей части на расстоянии не менее 600 мм от фундаментов зданий, 500 мм до трубопроводов, 2000 мм до теплопроводов. При всяких разных разрытиях кабели повреждаются. При прокладке в одной траншее шести кабелей и более вводится очень большой снижающий коэффициент на допустимую токовую нагрузку. Поэтому не следует прокладывать в одной траншее более 6 кабелей. При большом числе кабелей предусматриваются две рядом расположенные траншеи с расстоянием между ними 1,2 м.

Прокладка кабелей в туннелях.Она удобна и надежна в эксплуатации, но она оправдана лишь при большом числе кабелей(более 30…40) кабелей, идущих в одном направлении, например, на главных магистралях. Туннели бывают проходные высотой 2100мм и полупроходные высотой 1500мм. Полупроходные туннели допускаются на коротких участках(до 10м) в местах, затрудняющих прохождение туннелей нормальной высоты.

Прокладка кабелей на лотках. Назначение - открытая прокладка небронированных кабелей напряжением до 1000В. Конструкция – металлические, корытообразного сечения, сплошные, перфорированные, решетчатые. Кабели укладываются однослойно и многослойно.

Прокладка кабелей в трубах. Назначение – защита кабелей от агрессивных грунтов, мех. Повреждений, блуждающих токов. Материал труб- сталь, чугун, асбоцемент(???), керамика, пластмасса. Внутренний диаметр труб - не менее 2 – 1,5 наружных диаметров кабеля.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1432; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!