Каскадные соединения асинхронных двигателей с коллекторными машинами и преобразователями частоты

Подготовка к монтажу.

Перед началом монтажа электрических машин, проверяют:
соответствие машины ее проектной документации; комплектность машины и сохранность крепежных деталей; наличие возможных повреждений за время транспортировки и хранения (предварительный осмотр после расконсервации); состояние подшипников, коробки выводов, коллектора, контактных колец, щеточного механизма и др,;
сопротивление изоляции обмоток, подшипников и щеточных траверс; зазоры в подшипниках скольжения и уплотнения валов; воздушный зазор между статором и ротором; отсутствие задевания ротора о статор (ротор должен свободно вращаться в подшипниках).

Пластинчатые щупы: с — раздвижной; б — соименными пластинами; 1 — калиброванные пластины; 2 — штифт; 3 — винт; 4 — накладка-прижим; 5 — ручка; б — пробка

Выявленные в процессе осмотра неисправности следует устранить до начала монтажа. Если нет уверенности в том что во время хранения и транспортирования машина осталась неповрежденной, проводят ее полную разборку с ревизией отдельных узлов. При необходимости заменяют смазку в подшипниках и затягивают болтовые соединения.
Если сопротивление изоляции обмоток меньше минимально допустимого, проводят сушку обмоток. Проверка воздушного зазора между статором и ротором, а также зазоров в подшипниках скольжения осуществляется с помощью пластинчатых   и клиновых   щупов. Проверка воздушного зазора возможна лишь для машин открытого и защищенного исполнения, поскольку она проводится без разбор ют машины. Ротор машины должен свободно вращаться в подшипниках при его повороте рукой (при мощности 10… 15 кВт) или рычагом (для машин большей мощности). Клиновой щуп: 1 — клин; 2 — движок; 3 — указатель; 4 — стержень

В зависимости от мощности и конструктивного исполнения электрические машины могут поступать на место монтажа в собранном или разобранном виде. В первом случае по известным установочным размерам машины заранее изготовляют крепежные детали и конструкции. Машины устанавливаются на металлических рамах или фундаментах (общих с приводным двигателем или с приводом или отдельных от них). Поскольку установочные размеры имеют допуски, указанные в чертежах, перед монтажом следует заготовить комплект прокладок, перекрывающий поле допусков.

Текст

.-мроягС:Д У 1,1ББЕХ;»; Л Класс 21 Ю, 27 ссср ИСАНИЕ ИЗОБр АВТОРСКОМУ СВИДЕТ ЕНИ СТВУ Подписная группа Лв 9 Д. П. Морозов СКАД ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНвлево 6 марта 1960 г. за659109/24 в Комитет по делам изобретени открытий при Совете Министров СССРубликовано в Бюллетене изобретений22 за 96 к каскаду электрических машин, сои машины постоянного тока с нески соединенных через выпрямикада позволя када.Каскад состоит из асинхронного двигатока, расположенной с ним на одном валу.Трехфазная обмотка 1 статора асинхровыводов, три из которых подключаются кполупроводниковых вентилей 2, включеннсхеме. Выход узла выпрямления подключаемашины постоянного тока, якорь которойхронного двигателя.Пуск каскада в ход осуществляется обмости от того, какой применен асинхроннькороткозамкнутый.Регулирование скорости вращения (ниется с помощью регулировочного реостатаобмотке 6 возбуждения машины постояннорегулируется как при наличии, так и примента на валу каскада, т. е. каскад имеетскорости при холостом ходе. теля и машины постоянно нного двигателя имеет шесть ети, а три других к системе ых по трехфазной мостовой тся к щеткам коллектора 3 очленен с ротором 4 асинычным способом в зависи й двигатель — фазный ил нои) осуществляизменяет ток в орость вращения нагрузочного моые пограничныс же синхрон 5, который го тока. Ск отсутствиипони жени Настоящее изобретение относитсястоящему из асинхронного двигателязависимым возбуждением, электричетель.Предлагаемый каскад отличается от известных тем, что в качестве выпрямителя применена система полупроводниковых вентилей, соединенных по мостовой схеме, а якорь машины постоянного тока включен последовательно через этот выпрямитель в цепь статорной обмотки асинхронного двигателя.Такое выполнение кас ет упростить его схему и улучшить характеристики,На чертеже изображена принципиальная сМ 133509 Предмет изобретения Техред А. А. Кудрявицкая ректор О. Филиппо, Пари едактор одп. к печ. 22,111-61 г.ак. 3240ЦБТИ пр ормат бум. 70)(108/с Тираж 1050 елам изобретений и инистров СССР Черкасский пер., д. 2бъем 0,17 усгс п. гкЦена 3 и )и. л Комитете по д чои Совете Мква Центр, М. ткрытий инография ЦБТИ Комитета по дедам изобретений н открытий при Говете Министров ССГР Москва, Петровка. 4. Каскад электрических машин, состоящий из асинхронного двигате ля и машины постоянного тока с независимым возбуясдением, электри чески соединенных через выпрямитель, отличающийся тем, что, с целью упрощения каскада, в качестве указанного выпрямителя приме нена система полупроводниковых вентилей, соединенных по мостовой схеме, а якорь машины постоянного тока включен последовательно че. рез этот выпрямитель в цепь статорной обмотки асинхронного двигз. теля.

Смотреть

§ 230. Каскадное соединение асинхронных двигателей с переключением числа полюсов 1.

Соединяя два описанных выше метода (каскадное соединение и переключение числа полюсов), мы можем расширить диапазон регулирования скорости.

1 Miles   Walker,   The   control   of the   Speed and   Power Factor of Induction Motors, 1924.

В виде примера на фиг. 265 показан агрегат, состоящий из двух сидящих на общем валу асинхронных двигателей, выполненный заводом «Эрликон» в Швейцарии; скорость этого агрегата может быть регулируема как при помощи переключения числа полюсов, так и по методу каскадного соединения. Главный двигатель имеет в статоре обмотку, которая может переключаться с 12 на 24 полюса; вспомогательный двигатель допускает изменение числа полюсов с 2 на 4.

Главный двигатель предназначен для приключения к трехфазной сети на 500 V и 20,8 периодов; его мощность равна  1600 л. с.

Фиг. 265. Каскадный агрегат для прокатного стана (завод Эрликон в Швейцарии). I — главный асинхронный двигатель на 1 600 л. с; II — вспомогательный двигатель на 257 л. с; R1 — ротор главного двигателя; R2 —ротор вспомогательного двигателя.
READ  Сушка трансформаторов

Агрегат фиг. 265 дает возможность получить следующие скорости

Первая скорость. Один главный двигатель при числе полюсов в статоре 2р = 12; скорость

п = 60f1 = 60 • 20,8 = 208  об/мин.
p1 6

Мощность агрегата при этом будет 1 600 л. с.

р р2 =

п = 60f1 = 60 • 20,8 = 60 • 20,8 = 178  об/мин.
p1 + р2 6 + 1 7

Третья скорость. Главный двигатель (2р1= 12); вспомогательный двигатель (2р2 = 4):

п = 60f1 = 60 • 20,8 = 158  об/мин.
p1 + р2 6 + 2

Четвертая скорость. Работает   один   главный   двигатель   при 2р = 24:

п = 60f1 = 60 • 20,8 = 104  об/мин.
p1 12

Характерные   данные   описанного   здесь   агрегата   для   наглядности еще раз даны в табл.  22.

ТАБЛИЦА 22 1

Мощность
агрегата
в л. с.
Число машин в каскадной схеме Число об/мин        
1600 Один главный- двигатель (2p1 = 12)    .  .   . 208
1370 Главный   двигатель   (2р1 = 12)и
вспомогательный двигатель (2p2 = 2)
178
1200 Главный   двигатель   (2р1 =12) и
вспомогательный двигатель (2p2 = 4)
158
800 Один главный двигатель (2p1 = 24)   .  .   . 104

На фиг. 265 показаны оба ротора R1 и R2 вышеописанного агрегата; при этом бросаются в глаза относительно малые размеры ротора R2 по сравнению с  R1.

Выше мы выяснили, что мощности машин каскадной схемы относятся между собой как числа полюсов; имея это в виду в нашем случае, получим

P1/Р2 = p1/p2 = 12/4 = 3.

Зная,    что при    р1 = 12 главный    двигатель    развивает    мощность в  800 л. с. (см. таблицу), найдем мощность вспомогательного двигателя

P2 = P1/3 = 800/3 = 257 л. с.

§ 168. Двигатель с двойным статором Бушеро.

Бушеро предложил два чрезвычайно изящных метода безреостатного пуска в ход асинхронных двигателей.

Идею первого из этих методов можно уяснить на основании фиг.  177.

На этой фигуре показан сдвоенный асинхронный двигатель, состоящий из двух статоров S1 и S2 и двух роторов R1 и R2, сидящих на о б щ е м   валу.

Как видно из фиг. 177, каждый из статоров S1 и S2 имеет свою независимую трехфазную обмотку; оба ротора, R1 и R2, имеют одну общую   беличью обмотку (фиг.   178 и  179).

Эта беличья обмотка кроме двух замыкающих колец k — k с обоих краев имеет еще третье замыкающее кольцо r, расположенное посредине между обоими роторами. Кольца k — k — малого сопротивления и  имеют   нормальную   конструкцию.   Кольцо   же r   имеет   относительно большое сопротивление и работает, главным образом, при пуске в ход двигателя.

Фиг. 177. Схема пуска асинхронных двигателей по первому способу Бушеро. Фиг. 178. Взаимное расположение потоков Ф1 и Ф2 и статоров двигателя Бушеро; распределение токов в его роторе при пуске в ход (левый чертеж) и нормальной работе (правый чертеж).

Один из статоров, например S2, делается поворотным. При пуске в ход этот статор при помощи особого приспособления повора­чивается относительно первого на угол α = 180 электрических градусов (фиг.  178, левый чертеж).

В этом случае э. д. с. Е1, наводимая в каком-либо проводе А левого ротора, будет смещена по фазе относительно э. д. с. ЕII, наводимой в проводе В, являющемся продолжением провода А (правый ротор). Если бы среднего замыкающего кольца r не было, то при α= 180° мы получили бы в каждом из проводов результирующую э. д. с. = ЕI— ЕII.

Если эти э. д. с. ЕI и ЕII были бы равны друг другу, то при этих условиях сила тока в обоих роторах была равна нулю.

Но в двигателе Бушеро имеется, как было уже сказано, по середине между двумя роторами третье замыкающее кольцо r. Поэтому при угле поворота α = 180° э. д. с, наводимые в обоих роторах, создадут токи, которые замкнутся через третье кольцо r, как показано на фиг.   178.

При этих условиях кольцо большого сопротивления r будет играть роль пускового реостата, ограничивающего силу тока двигателя и содействующего получению высокого cos φ при пуске.

После того как двигатель достигнет скорости, близкой к нормальной, и процесс пуска в ход, таким образом, закончится, необходимо статор S2 повернуть так, чтобы α = 0, и, следовательно, чтобы соответственные наведенные э. д. с. ЕI и ЕII совпадали по фазе.

При этих условиях направление соответственных э. д. с. ЕI и ЕII, а следовательно, и токов в обоих роторах будет одинаково; поэтому разности потенциалов между различными точками 1 — 2 — 3 и т. д. третьего замыкающего кольца всюду будут равны нулю (фиг. 178, правый чертеж).

Таким образом теперь токи ротора совсем не будут заходить в кольцо r, и это кольцо будет совсем разгружено от токов. Отсюда ясно, что кольцо r является в сущности пусковым реостатом, который расположен на самом роторе двигателя и обтекается током только при пуске   в ход.

Фиг. 179. Внешний вид двигателя по первой схеме Бушеро. Фиг. 180. Разрез двигателя Брункена.

Для поворота статора S2 в двигателе Бушеро имеется специальная конструкция, состоящая из червячного колеса с маховичком М, как это видно на фиг. 179, где показан двигатель .Бушеро, выполненный заводом Мэзон Брегет в Париже.

Описанный здесь способ Бушеро отличается некоторой сложностью и требует специальных конструкций, обусловленных необходимостью поворота статора одного из двигателей. В следующем параграфе указано, как можно упростить эту конструкцию.

READ  Проверка и испытание электросетей

Заказать решение ТОЭ

  • Метрология Электрические измерения
  • Пигарев А.Ю. РГЗ по электротехнике и электронике в Multisim
  • Теория линейных электрических цепей ТЛЭЦ

    • Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: задание на контрольные работы № 1 и 2 с методическими указаниями для студентов IV курса специальности Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте

      • Контрольная работа №1

      • Контрольная работа №2
  • Электротехника и основы электроники

    • Электротехника и основы электроники: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учебных заведений / Соколов Б.П., Соколов В.Б. – М.: Высш. шк., 1985. – 128 с, ил

      • Контрольная работа № 1 Электрические цепи

      • Контрольная работа № 2 Трансформаторы и электрические машины

      • Контрольная работа № 3 Основы электроники
  • Теоретические основы электротехники ТОЭ

    • Артеменко Ю.П., Сапожникова Н.М. Теоретические основы электротехники: Пособие по выполнению курсовой работы МГТУ ГА 2009

    • Переходные процессы Переходные процессы в электрических цепях

    • Теоретические основы электротехники Методические указания и контрольные задания для студентов технических специальностей вузов

      • Задание 1 Линейные электрические цепи постоянного и синусоидального тока

        • Задача 1.1 Линейные электрические цепи постоянного тока

        • Задача 1.2 Линейные электрические цепи синусоидального тока

      • Задание 2 Четырехполюсники, трехфазные цепи, периодические несинусоидальные токи, электрические фильтры, цепи с управляемыми источниками

    • Теоретические основы электротехники сб. заданий Р.Я. Сулейманов Т.А. Никитина Екатеринбург УрГУПС 2010

    • Трехфазные цепи. Расчет трехфазных цепей

    • УГТУ-УПИ Решение ТОЭ Билеты по ТОЭ

    • Электромагнитное поле Электростатическое поле Электростатическое поле постоянного тока в проводящей среде Магнитное поле постоянного тока

§ 262. Индукционная машина двойного питания.

Можно получить машину с синхронной скоростью и не пропуская в обмотку ротора постоянного тока, как было описано выше. Для этой цели необходимо осуществить соединение обмоток машины согласно схеме фиг. 305.

Фиг. 303. Синхронно-индукционный двигатель   S — R  с  преобразователем-возбудителем  S1— R1 — R2 (схема автора). Фиг. 304

На этой фиг. 305 показана индукционная машина, у которой статорная обмотка S и роторная R через посредство контактных колец присоединены к общей сети.

Машина в такой схеме соединения, когда статор и ротор получают питание непосредственно от сети, носит название машины двой­ного питания.

Для выяснения принципа действия такой машины обратимся к фиг. 306, где схематически показан статор S и ротор R такой индукционной машины двойного питания.

Предположим, что многофазная статорная обмотка создает вращаю­щееся поле F1, делающее n1 оборотов в минуту и вращающееся по стрелке часов, как показано на фиг. 306.

Обмотку ротора через посредство контактных колец соединим с сетью таким образом, чтобы вращение поля ротора F2 относительно проводов этого ротора было направлено против стрелки часов.

Для такой машины возможны два режима работы: первый режим характеризуется неподвижным ротором, когда n2 = 0. В этом случае поля F1 и F2 будут вращаться в пространстве в разные стороны и машина не будет создавать никакого вращающего момента.

Второй режим работы получится, если привести ротор каким-либо вспомогательным двигателем во вращение в направлении, обратном вращению м. д. с. F2 с числом оборотов в минуту n2, равным двойному синхронному, т. е. со скоростью n2 = 2n1.

В этом случае магнитное поле ротора F2 будет в пространстве вращаться в ту же сторону, что и поле статора F1 (т. е. по стрелке часов), и с такой же скоростью.

При таких условиях поле ротора F2 будет взаимодействовать с полем статора Fl, в результате чего машина начнет развивать вращающий момент.

При этом машина все время будет вращаться с постоянной (двойной синхронной) скоростью независимо от нагрузки. Таким образом с этой точки зрения машина двойного питания ведет себя как синхронная машина. Вместо параллельного соединения обмоток статора S и ротора R их можно соединить последовательно, как показано на фиг. 307.

Фиг. 305. Двигатель двойного питания. Фиг. 306.

Фиг. 307. Двигатель двойного      питания
(последовательное соединение обмоток

статора и ротора).

При перегрузках выше предельного момента машина двойного питания  «выпадает из синхронизма»   и останавливается, это является существенным недостатком такой машины. Вторым недостатком машины двойного питания является ее наклонность к «качаниям».

Поэтому машины этого типа не нашли распространения на практике.

Как было сказано выше, машина двойного питания не может само­стоятельно развернуть свой ротор до двойной синхронной скорости и требует небольшого вспомогательного двигателя для пуска в ход.

Пуск в ход машины двойного питания может быть осуществлен также и по-другому.

При пуске в ход можно ротор машины двойного питания приключить к вспомогательному преобразователю частоты, изменяющему постепенно частоту питающего потока от нуля до двойной частоты сети.

В этом случае ротор машины двойного питания постепенно самостоятельно раскручивается до двойной синхронной скорости, после чего его контактные кольца могут быть приключены к сети.

При помощи такого преобразователя частоты можно также осуществить регулирование скорости машины двойного питания. Машина двойного    питания    может    устойчиво    работать,   как    показал проф. В. А. Толвинский,1 также и в асинхронном режиме вблизи скорости вращения вращающегося поля машины.

В этом случае мы имеем как бы совмещение в одном корпусе двух асинхронных двигателей. Один из таких двух двигателей состоит из статора, получающего питание из сети, и из ротора, замк­нутого не на короткое, как обычно, а на ту же сеть, которая может быть рассматриваема как своего рода реостат, включенный в цепь ротора машины.

Другой двигатель имеет первичной своей цепью ротор той же машины, получающий питание из сети, а вторичной цепью является статор, замкнутый на сопротивление сети. При таких условиях в обмотках статора и ротора будут протекать токи двух частот — частоты сети и скольжения. При этом токи частоты скольжения будут протекать по проводам сети, что может создать затруднения в работе других приемников электроэнергии, приключенных к сети. Это обстоятельство ограничивает возможность распространения машин этого типа.

§ 56. Векторная диаграмма неподвижного двигателя.

Вначале рассмотрим явления, происходящие в двигателе при неподвижном роторе.

В этом случае, как уже говорилось, такой двигатель по своему рабочему процессу ничем не отличается от трансформатора.

а)    Электродвижущие силы, индуктированные вращающимся потоком Ф в обмотках статора и ротора.

Вращающийся поток Ф будет наводить в каждой фазе статора и ротора э. д. с., эффективные значения которых соответственно равны:

E1 = 4,44 f1k1w1Ф 10-8    (статор);Е2 = 4,44 f1k2w2Ф 10-8    (ротор).

Как показано на векторной диаграмме фиг. 75, оба вектора E1 и Е2 отстают по фазе от потока Ф на угол в 90°.

Фиг. 75. Векторная диаграмма э. д. с. статора и Фиг. 76. Векторная диаграмма
э. д. с. и падения напряжений

б) Векторная диаграмма э. д. с. и токов ротора. Кроме
э. д. с. Е2, наводимой в фазе обмотки ротора вращающимся потоком Ф, необходимо еще учитывать э. д. с. Es2, наводимую
потоком рассеяния ротора Фs2 и активное падение напряжения.

На фиг. 76 представлена векторная диаграмма для ротора. Здесь вектор потока Ф отложен по горизонтали и вектор э. д. с. Е2—под прямым углом к Ф.

На этой векторной диаграмме еще показан вектор магнитного рассеяния ротора Фs2, отложенный в фазе с током ротора I2.

Электродвижущая сила самоиндукции Es2 или рассеяния, инуктированная потоком Фs2, отложена на фиг. 76 под прямым углом к Фs2 и отстает от него по фазе.

Величина э. д. с. самоиндукции Es2 пропорциональна роторному току I2 и может быть выражена следующим образом:

És2 = — Í2×2

х2

Величина реактивного сопротивления, как известно, может быть найдена из следующего выражения:

х2 = ωL2

L2

Электродвижущая сила самоиндукции Es2 представляет собой реактивную потерю напряжения.
Кроме реактивной потери напряжения необходимо еще учесть активную потерю напряжения, равную

— I2r2.

На векторной диаграмме вектор — I2r2 отложен противоположно вектору тока I2.
Кроме того, на векторной диаграмме еще отложены векторы: Í2r2 в фазе с током Í2 (обратный вектору активной потери напряжения) и Í2х2, опережающий по фазе вектор тока Í2 на 90° (т. е. обратный вектору реактивной потери напряжения).

Фиг. 77. Векторные диаграмммы неподвижного и вращающегося ротора.

Векторы Í2r2 и Í2х2 являются слагающими э. д. с. É2, уравновешивающими активное и реактивное падение напряжения. Иногда для краткости называют последние величины активным и реактивным   падением   напряжения.

Фиг. 78. Векторные диаграммы неподвижного и вращающегося
двигателя.

Как видно из фиг. 76 и 77 вектор э. д. с. É2 является геометрической суммой векторовÉ2 = Í2х2 + Í2r2.

Таким образом, зная положение вектора Е2 на диаграмме, мы можем найти положение вектора фазного тока ротора I2, вызываемого э. д. с. E2.

Как видно из диаграммы, ток Í2 отстает от э. д. с. É2 по фазе на угол φ2.

в) Полная векторная диаграмма (фиг. 78). Теперь обратимся к статору и попытаемся найти вектор тока в фазе статора I1 по величине и направлению (левый чертеж фиг. 78).

Если бы намагничивающий ток I0r двигателя был равен нулю, то направление вектора статорного тока I1 совпадало бы с вектором I’2. На самом деле ток I0r не равен нулю, поэтому величину статорного тока I1 придется найти на основании следующих соображений:

Вспомним, что статорный ток I1 представляет собой геометрическую разность:

Í1 = Í0r — Í’2.

Откладывая на векторной диаграмме вектор тока I0r под небольшим углом 1 к вектору потока Ф и складывая векторы Í0r и I’2, получим результирующий вектор, изображающий по величине и фазе первичный статорный ток I1.

Отложив на векторной диаграмме вектор первичного тока I1, мы можем теперь перейти к построению векторов, изображающих э. д. с. и падения напряжения в цепи статора.

В каждой из фаз этой цепи статора мы должны иметь в виду следующие величины:

1) э. д. с, индуктированную вращающимся потоком Ф;

2) активное падение напряжения;

3) реактивное падение напряжения, вызванное потоками магнитного рассеяния статорной обмотки.

Напряжение у зажимов двигателя U должно уравновешивать геометрическую сумму этих величин.

Попытаемся найти графически величину и направление вектора U, изображающую напряжение у зажимов одной фазы статора.

Отложим на векторной диаграмме вверх по вертикали (под прямым углом к вектору Ф) вектор — É1, изображающий слагающую напряжения, уравновешивающую э. д. с, индуктированную в фазе статора вращающимся потоком.

Вектор I1r1, изображающий слагающую, уравновешивающую активное падение напряжения, направим параллельно вектору I1, а вектор I1x1, изображающий слагающую, уравновешивающую реактивную потерю напряжения, — под прямым углом к I1.

Тогда, сложив геометрически векторы — Е1, Ir1 и I1x1, получим вектор напряжения у зажимов U по величине и фазе.

1 Обусловленными потерями на гистерезис и токи Фуко в железе статора (и отчасти ротора) двигателя.

READ  Электрическая лампочка накаливания, вольт-амперная характеристика которой приведена на рисунке, соединена последовательно с резистором сопротивлением r = 10 ом и подключена к источнику постоянного u0 = 12 в. какова сила тока i в цепи?
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: