Синхронные машины работа его назначение потери и кпд характеристики: 7.11 Потери и кпд синхронных машин

7.11 Потери и кпд синхронных машин

Преобразование
энергии в синхронной машине связано с
потерями энергии. Все виды потерь в
синхронной машине разделяются на
основные и добавочные. Основные потери
слагаются, в свою очередь, из электрических
потерь в обмотке статора, потерь на
возбуждение, магнитных и механических
потерь.

Электрические
потери в
обмотке статора определяются

,

(7.12)

где
r₁
– активное сопротивление одной фазы
обмотки статора.

Потери
на возбуждение
зависят от типа возбудителя и определяются
как:

,

(7. 13)

где
=2
В – падение напряжения в щеточном
контакте.

Магнитные
потери
происходят в сердечнике статора, который
подвергается перемагничиванию
вращающимся магнитным полем. Эти потери
состоят из потерь на гистерезис и потерь
от вихревых токов:

(7.14)

Механические
потери равны
сумме потерь на трение в подшипниках
и вентиляцию.

Добавочные
потери в
синхронных машинах делятся на два вида:
пульсационные потери в полюсных
наконечниках ротора и потери при
нагрузке. Добавочные пульсационные
потери Р_п
в полюсных наконечниках вызваны
пульсацией магнитной индукции в зазоре
из-за зубчатости внутренней поверхности
статора. Добавочные потери при
нагрузке
Р_доб
определяются
в процентах (≈0,5%) от подводимой мощности
двигателей или от полезной мощности
генераторов.

Суммарные потери
в синхронной машине

.

(7.15)

Коэффициент
полезного действия для синхронного
генератора

,

(7.16)

где
Р_ном
– активная мощность, отбираемая от
генератора при его номинальной нагрузке.

Коэффициент
полезного действия для синхронного
двигателя

.

(7.17)

Если
обмотка возбуждения неподвижного
ротора синхронного двигателя подключена
к источнику постоянного тока, то она
создает основной магнитный поток,
который определяет полярность полюсов
ротора (рисунок 7.7). При включении обмотки
статора его трехфазная система токов
создает вращающийся магнитный поток,
частота вращения которого определяется
формулой 7.11. При числе пар полюсов р=1
и f=50
Гц частота вращения будет равна n=3000
об/мин. При такой частоте вращения
каждую 0,01с меняется полярность статора
по осевой линии неподвижного ротора,
сила притяжения сменяется силой
отталкивания, средний вращающий момент
равен нулю и ротор не успеет тронуться
с места. Отсутствие пускового момента
является большим недостатком синхронных
двигателей.

Основными
способами пуска в ход синхронных
двигателей являются асинхронный
пуск и пуск
с помощью
разгонного двигателя.

Для
осуществления асинхронного
пуска на
роторе синхронного двигателя располагают
специальную пусковую обмотку, которая
является короткозамкнутой. При
подключении обмотки статора к сети
создается вращающийся магнитный поток
статора. Короткозамкнутая обмотка
ротора в результате взаимодействия с
вращающимся потоком статора создает
асинхронный вращающийся момент, под
действием которого ротор трогается с
места и разгоняется до частоты вращения,
близкой к синхронной частоте. После
этого обмотку возбуждения переключают
на источник постоянного тока, и полюсы
ротора приобретают собственную
полярность.

n

Рисунок
7.7 – Основной магнитный поток синхронного
двигателя

При
незначительном различии в частотах
вращения полюсов статора и ротора
разноименные полюсы притягиваются
друг к другу, а одноименные – отталкиваются.
В результате ротор получает ускорение
и после нескольких качаний ротора его
частота вращения достигает синхронной
и двигатель «втягивается в синхронизм».

Пуск
с помощью
разгонного двигателя
осуществляют только при холостом ходе
двигателя. При этом его ротор приводят
во вращение разгонным двигателем
(асинхронным или постоянного тока).
Мощность разгонного двигателя небольшая,
необходимая для вращения ротора
синхронного двигателя.

С
помощью синхроскопа проверяют выполнение
условий параллельной работы синхронных
машин, и когда они выполнены, статор
синхронного двигателя подключают к
сети. После этого разгонный двигатель
отключают, а синхронный – вращается с
синхронной частотой.

Белорусский государственный университет транспорта — БелГУТ (БИИЖТ)

События

Все события

Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
			1 Дата : 2022-12-01	2	3 Дата : 2022-12-03	4 Дата : 2022-12-04
5	6	7 Дата : 2022-12-07	8 Дата : 2022-12-08	9 Дата : 2022-12-09	10 Дата : 2022-12-10	11
12	13 Дата : 2022-12-13	14	15	16	17	18
19	20 Дата : 2022-12-20	21	22 Дата : 2022-12-22	23	24	25
26	27	28	29	30	31

Все анонсы

• Олимпиада по начертательной геометрии . ..
• Приглашение на каток
• Выставка «Геноцид в Гомельской области во время В…
• Финал осенней серии игр «ЧТО? ГДЕ? КОГДА?» среди с…
• Смотр-конкурс на лучшее праздничное Новогоднее и Р…
• Регистрация до 12 декабря. I международная научно-…
• Билеты на детское новогоднее представление и спект…
• «Квартирник»
• 10 декабря — День открытых дверей ВТФ…
• V Международная научно-практическая конференция ст…

Анонсы

Университет

Абитуриентам

Студентам

Конференции

Приглашения

Олимпиада по начертательной геометрии …

Приглашение на каток

Выставка «Геноцид в Гомельской области во время В…

Финал осенней серии игр «ЧТО? ГДЕ? КОГДА?» среди с…

Новости

Университет

Международные связи

Спорт

Воспитательная работа

Жизнь студентов

Новости подразделений



• Университет

Работы студентов БелГУТа на конкурсы к 160-летию Белорусской железной . ..
13 декабря 2022

• Университет

Выпуск группы повышения квалификации по теме «Современные технологии у…
12 декабря 2022

• Университет

К 160-летию белорусской магистрали
12 декабря 2022

• Университет

Торжественный Пленум Гомельской городской оргструктуры Белорусское об…
12 декабря 2022

• Университет

День открытых дверей военно-транспортного факультета…
12 декабря 2022

• Университет

Республиканский научно-исторический семинар «Гомельщина. Вехи истории».. .
12 декабря 2022

• Воспитательная работа

Дети из Донбасса приехали в Гомель на оздоровление…
11 декабря 2022

• Университет

Финал евразийской лиги чемпионата мира по программированию…
11 декабря 2022

• Университет

Доступная среда – инклюзивная Беларусь…
10 декабря 2022

Другие новости

• Старт акции «Чудеса на Рождество»
• В Центре управления перевозками Белорусской железной дороги…
• V Международная научно-практическая конференция студентов, магистранто…
• «Караоке-баттл» в БелГУТе
• Поздравляем лауреатов Зонального тура «100 идей для Беларуси»…
• Победа в Международной олимпиаде по истории «Мировые войны в истории ч. ..
• Выездной семинар идеологов Гомельской области…
• Отборочный этап «100 идей для Беларуси»….
• Большие перспективы сотрудничества БелГУТа и ООО «Газпромтранс»…
• Соревнования по настольному теннису в рамках 70-й спартакиады студенто…
• Памяти Евгения Саблина

КУДА ПОСТУПАТЬ

Все факультеты

БелГУТ на Доске почета

Достижения университета

Предложения

Все предложения

Видеотека

Все видео

Фотогалерея

Все фото

Электродвигатель | Определение, типы и факты

трехфазный асинхронный двигатель

Посмотреть все СМИ

Ключевые сотрудники:

Никола Тесла
Томас Давенпорт
Ипполит Фонтейн
Майкл Фарадей

Похожие темы:

синхронный двигатель
линейный двигатель
ротор
реактивный двигатель
вращательный двигатель

См. всю связанную информацию →

электродвигатель , любой из классов устройств, преобразующих электрическую энергию в механическую, обычно с использованием электромагнитных явлений.

Большинство электродвигателей развивают свой механический крутящий момент за счет взаимодействия проводников, несущих ток, в направлении, перпендикулярном магнитному полю. Различные типы электродвигателей различаются способами расположения проводников и поля, а также управлением, которое может осуществляться над механическим выходным крутящим моментом, скоростью и положением. Большинство основных видов описаны ниже.

Простейший тип асинхронного двигателя показан в поперечном сечении на рисунке. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть соединены либо по схеме «звезда», обычно без внешнего соединения с нейтральной точкой, либо по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического железного сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены друг с другом на каждом конце ротора проводящим концевым кольцом.

Основу работы асинхронного двигателя можно разработать, если сначала предположить, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику электропитания и что в обмотках статора протекает набор из трех синусоидальных токов формы, показанной на рисунке. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля в воздушном зазоре машины в течение шести мгновений цикла. Для простоты показана только центральная петля проводника для каждой фазной обмотки. В данный момент t ₁ на рисунке ток в фазе a является максимальным положительным, а в фазах b и c вдвое меньше отрицательного значения. Результатом является магнитное поле с примерно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t ₂ на рисунке (т. е. на одну шестую цикла позже) ток в фазе c максимален, а в обеих фазах b и фазы a имеют положительное значение половины значения. Результат, как показано для t ₂ на рисунке, снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60° против часовой стрелки. Изучение распределения тока для t ₃ , t ₄ , t ₅ и t ₅ и t ₆ показывает, что магнитное поле продолжает вращаться во времени. Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совместное действие трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих по трем равномерно смещенным по угловому положению статорным обмоткам, должно создавать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, зависящей от частоты электроснабжение.

Вращательное движение магнитного поля по отношению к проводникам ротора вызывает индуцирование в каждом из них напряжения, пропорционального величине и скорости поля относительно проводников. Поскольку проводники ротора замкнуты накоротко друг с другом на каждом конце, эффект будет заключаться в том, что в этих проводниках будут протекать токи. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны наведенному напряжению, деленному на сопротивление проводника. Картина токов ротора на момент t ₁ рисунка показан на этом рисунке. Видно, что токи примерно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать крутящий момент против часовой стрелки на роторе (т. е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному уменьшению тока проводника ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает устойчивого значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, требуемому при этой скорости нагрузкой, без избыточного крутящего момента, доступного для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, как раз достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле при наличии токов ротора на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае возникло бы. токами ротора на рисунке. Тогда общий ток статора в каждой фазной обмотке представляет собой сумму синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90°, чтобы обеспечить требуемую электрическую мощность. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть периода или 90°. При номинальной нагрузке эта составляющая намагничивания обычно находится в диапазоне от 0,4 до 0,6 величины составляющей мощности.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазной сети постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичное линейное напряжение питания находится в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно малой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до около 15 киловольт между фазами для мощных двигателей мощностью до 10 мегаватт.

За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласовано со скоростью изменения во времени магнитного потока в статоре машины. Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля поддерживается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.

В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле совершает один оборот за каждый цикл частоты питания. При частоте питания 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную, чтобы индуцировать требуемое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для крутящего момента нагрузки. При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 % ниже рабочей скорости (часто называемой синхронной скоростью), при этом более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эту разницу в скорости часто называют скольжением.

Другие синхронные скорости можно получить с источником постоянной частоты, создав машину с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклов в секунду), а p — число полюсов (которое должно быть четное число). Данную железную раму можно намотать для любого из нескольких возможных чисел пар полюсов, используя катушки, которые охватывают угол приблизительно (360/ р )°. Крутящий момент, доступный от корпуса машины, останется неизменным, так как он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для 60-герцовых двигателей составляют 1800 и 1200 оборотов в минуту.

Синхронный двигатель — конструкция и работа

Синхронный двигатель и асинхронный двигатель являются наиболее широко используемыми типами двигателей переменного тока. Конструкция синхронного двигателя аналогична генератору переменного тока. Такую же синхронную машину можно использовать как синхронный двигатель или как генератор переменного тока. Синхронные двигатели доступны в широком диапазоне, как правило, мощностью от 150 кВт до 15 МВт со скоростью от 150 до 1800 об/мин.

Конструкция синхронного двигателя

Конструкция синхронного двигателя (с явнополюсным ротором) показан на рисунке слева. Как и любой другой двигатель, он состоит из статора и ротора. Сердечник статора изготовлен из тонкого кремниевого ламината и изолирован поверхностным покрытием для минимизации потерь на вихревые токи и гистерезиса. Статор имеет внутри осевые пазы, в которых размещена трехфазная обмотка статора. Статор намотан трехфазной обмоткой на определенное число полюсов, равное полюсам ротора.

Ротор в синхронных двигателях в основном имеет явнополюсный тип. Питание постоянным током подается на обмотку ротора через токосъемные кольца. Постоянный ток возбуждает обмотку ротора и создает электромагнитные полюса. В некоторых случаях можно использовать и постоянные магниты. На приведенном выше рисунке очень кратко показана конструкция синхронного двигателя .

Работа синхронного двигателя

Статор имеет то же число полюсов, что и ротор, и питается от трехфазного переменного тока. Трехфазное питание переменного тока создает вращающееся магнитное поле в статоре. Обмотка ротора питается постоянным током, который намагничивает ротор. Рассмотрим двухполюсник синхронная машина , как показано на рисунке ниже.

• Теперь полюса статора вращаются с синхронной скоростью (скажем, по часовой стрелке). Если положение ротора таково, что полюс N ротора находится рядом с полюсом N статора (как показано на первой схеме вышеприведенного рисунка), то полюса статора и ротора будут отталкиваться друг от друга, и создается крутящий момент . будет против часовой стрелки .
• Полюса статора вращаются с синхронной скоростью, и они вращаются очень быстро и меняют свое положение. Но при этом очень скоро ротор не сможет вращаться на тот же угол (из-за инерции), и следующим положением, скорее всего, будет вторая схема на рисунке выше. В этом случае полюса статора будут притягиваться к полюсам ротора, и крутящий момент будет направлен по часовой стрелке.
• Следовательно, ротор будет подвергаться быстрому реверсивному крутящему моменту, и двигатель не запустится.

Но, если ротор вращать до синхронной скорости статора с помощью внешней силы (в направлении вращающегося поля статора), а поле ротора возбуждать вблизи синхронной скорости, то полюса статора будут продолжать притягиваться противоположные полюса ротора (поскольку ротор теперь также вращается вместе с ним, и положение полюсов будет одинаковым на протяжении всего цикла). Теперь ротор будет подвергаться однонаправленному крутящему моменту.