Режимы работы электромеханических преобразователей (ЭП).



Двигательный режим. ЭП потребляет электрическую энергию из сети и преобразует ее в механическую. Выделяющаяся тепловая энергия идет на нагрев ЭП и рассеивается в окружающую среду.

Генераторный режим работы ЭП последовательно с сетью возникает у электрического двигателя в двух случаях:

а) при изменении направления вращения вала под действием активного момента со стороны рабочей машины, превышающего электромагнитный момент самого двигателя (т.е. при реверсировании вращения двигателя под действием активного момента рабочей машины);

б) при изменении у вращающегося двигателя направления создаваемого им электромагнитного момента (т.е. при реверсировании электрической сети у вращающегося двигателя).

В трансформаторном режиме ЭП потребляет электрическую энергию из первичной сети, преобразует ее в электрическую энергию с другими параметрами (фаза, частота, напряжение, ток) и передает ее во вторичную электрическую сеть. Тепловая энергия выделяется при нагреве активных частей преобразователя. Трансформаторный режим – основной режим работы трансформаторов и возможен у асинхронных машин с фазным ротором. У асинхронной машины трансформаторный режим возникает при неподвижном (заторможенном) роторе, включенной в первичную сеть статорной обмотке и включенной во вторичную сеть обмотке фазного ротора. Специальные асинхронные машины (индукционные регуляторы и фазорегуляторы) могут длительное время работать в трансформаторном режиме с заторможенным ротором.

 

Математическое описание процесса электромеханического преобразования энергии.

В процессе электромеханического преобразования участвуют электрические и магнитные поля, механическая и тепловая энергии. Причем, все процессы взаимосвязаны: величина электрического тока определяет магнитный поток, механический момент на валу машины и количество тепла, выделяющееся в обмотках. Температура нагрева активных частей преобразователя влияет на электрическое сопротивление обмоток, магнитную проницаемость материала, величину магнитных зазоров, а скорость вращения ротора определяет частоту тока в его обмотках и интенсивность отвода тепла. Кроме того, на указанные взаимосвязи существенное влияние оказывают конструкционные особенности каждого типа машин, да и отклонения от проекта при техническом исполнении каждой реальной машины в отдельности. Поэтому получить в общем виде математическую модель полностью адекватную каждой конкретной машине и отражающую все грани процессов, протекающих в ней при преобразовании энергии практически, очень и очень сложно.

Из выше сказанного следует, что для полного описания процесса электромеханического преобразования энергии мы должны построить три взаимосвязанных математических моделиэлектрической машины, отражающие три стороны этого процесса: электромагнитную, механическую и тепловую.

Под математической моделью (ММ) электрической машины мы будем понимать систему уравнений, описывающих процессы электромеханического преобразования энергии с допущениями, обеспечивающими необходимую точность решения для рассматриваемой задачи.

Требования к математической модели противоречивы. С одной стороны, математическая модель электрической машины должна соответствовать тем целям и задачам, для которых она создается, наиболее полно отражать стороны процесса электро-механического преобразования, интересующие исследователя, а с другой стороны, быть достаточно простой, иметь решение если не в аналитической форме, то, по крайней мере, численными методами с помощью цифровых ЭВМ, либо путем физического моделирования с помощью аналоговых вычислительных машин.

Электромагнитные процессы описываются системой уравнений Кирхгофа для контуров обмоток. Предположим, что материал магнитопровода не насыщается при любом значении тока в обмотках.

Тогда потокосцепление Ψk обмотки k будет равно произведению тока Ik в k-й обмотке на индуктивность обмотки Lkk и взаимные индуктивности Lkn обмотки k со всеми прочими обмотка-ми, где n – принимает любые значения от n = 1 до n = S, кроме n = k:

(3,1)

В общем случае все индуктивности и взаимные индуктивности зависят от размеров обмоток и магнитопроводов. При вращении ротора обмотки расположенные на статоре и роторе изменяют положение относительно друг друга и изменяются их взаимные индуктивности, которые, следовательно, являются функциями угла поворота ротора:

(3,2)

Система уравнений Кирхгофа для напряжений обмоток состоит из S уравнений, составленных для каждого контура. Уравнение для k-го контура будет иметь вид:

(3,3)

Первый член уравнения (3.3) представляет собой падение напряжения на активном сопротивлении цепи каждой данной обмотки. Второй –результирующую ЭДС самоиндукции и взаимной индукции, вызванную изменением токов в обмотках при фиксированных индуктивностях и взаимо индуктивностях, а третий отражает взаимодействие механической и электрической частей ЭП, т.к. представляет собой результирующую ЭДС, наведенную в обмотке в результате механического движения ротора машины в магнитных полях, созданных контурами с токами in.

ЭДС , вызываемая изменением тока в контуре, носит название трансформаторной.

 

ЭДС , вызываемую изменением взаимной индуктив-ности с n контуром (при n≠k) или индуктивности k-го контура (при n = k) при движении ротора, называют ЭДС вращения.

Таким образом, ЭДС, индуктируемые в контуре k, представляются в виде сумм ЭДС различной природы: трансформаторных ЭДС, связанных с изменением токов в обмотках при фиксированных взаимных индуктивностях (или индуктивностях):

и ЭДС вращения, связанных с изменением взаимных индуктивностей (или индуктивностей) при фиксированных токах:

Термин šтрансформаторная ЭДСŸ возник в связи с тем, что ЭДС той же природы индуцируются во взаимно неподвижных обмотках трансформаторов. Термин šЭДС вращенияŸ напоминает о том, что ЭДС появляется только при взаимном перемещении обмоток статора и ротора во внешнем магнитном поле с угловой скоростью:

Для контуров, присоединенных к внешней электрической сети, напряжение Uk понимается как ЭДС этой сети. Для короткозамкнутых контуров Uk = 0.

Механическую мощность, преобразованную машиной из электрической мощности, можно выразить через величины ее электрических цепей, исходя из закона сохранения энергии. Определим мгновенную электрическую мощность, поступающую в k-й контур из сети, которая к нему присоединена:

Суммируя мощности всех контуров, получим полную мгновенную электрическую мощность, поступающую на обмотки машины:

где   – мощность потерь при преобразовании энергии;

 

     – реактивная мощность. Она идет на изменение

энергии магнитного поля при работе машины постоянного тока и на обмен энергией между магнитным полем машины переменного тока и питающей ее сетью. Заметим, что мощность, идущая на изменение энергии магнитного поля, не теряется безвозвратно и в среднем равна нулю. Это объясняется тем, что во вращающейся машине все величины (токи, индуктивности, взаимные индуктивности и т.д.) изменяются по периодическому закону. В течение части полупериода, когда энергия магнитного поля возрастает (dWm> 0), мощность Qw> 0 и энергия, необходимая для образования магнитного поля, поступает из электрической сети в контуры. В течение остальной части полупериода, когда Qw< 0, запасенная в магнитном поле энергия снова возвращается в электрическую сеть. Из этого факта можно сделать два вывода:

сеть переменного тока, к которой подключается ЭП, должна содержать источник реактивной мощности (для постоян-ного обмена реактивной энергией между сетью и ЭП);

при отключении сети от ЭП, необходимо обеспечить тех-нические условия для šгашенияŸ накопленной в нем (на момент отключения) энергии магнитного поля.

 

7. Под обобщенной электрической машиной

- понимается идеализированная машина, имеющая две обмотки на статоре и две - на роторе, которые располагаются в пространстве под 90 электрических градусов. Протекающие процессы рассматривают с помощью временных и пространственных векторов в неподвижной или во вращающейся системе координат.

9)Обобщенная электрическая машина, по Г. Крону, это абстрактная, двухполюсная, двухфазная, симметричная, идеализированная машина двойного питания, имеющая две пары ортогональных обмоток на роторе и статоре, работающая в стационарном тепловом режиме с одномерным вращательным механическим движением.

 


Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 657; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!