Вольт амперная характеристика асинхронного двигателя

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Механическая характеристика асинхронного двигателя это зависимость частоты вращения вала двигателя от момента на его валу n₂=f(M) или S=f(M). Механическая характеристика изображена на рис. 13. На характеристике можно выделить четыре характерные точки:

1 Точка идеального холостого хода. В ней М=0, S=0;

2 Точка номинального режима работы. В ней М=М_Н, S=S_Н. Значения n_2Н и М_Н можно определить по каталожным данным двигателя;

3 Точка максимального или критического момента. В ней М=М_m, S=S_K. Данная точка характеризует перегрузочную способность двигателя.

Рис. 13

В каталогах для определения параметров данной точки приводится величина кратности критического момента двигателя:

.

Величина кратности позволяет определить максимально возможный момент двигателя.

4. Точка пуска. В ней М=М_П, S=1. Данная точка характеризует пусковые свойства двигателя. В каталогах для определения пусковых свойств приводится величина кратности пускового момента двигателя:

.

В каталогах приводится также коэффициент кратности пускового тока

который позволяет определить величину тока двигателя в момент пуска.

Синхронные машины

Синхронные машины как двигатели применяются обычно в приводах большой мощности (более 600 кВт) или как микродвигатели, где требуется строгое постоянство скорости: электрочасы, самопишущие приборы и др. Наибольшее распространение получил генераторный режим работы синхронных машин, и почти вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами, часто называемыми турбогенераторами (неявнополюсными машинами с частотой вращения ротора не ниже 1500 мин -1 ). Синхронные генераторы на напряжение до 1000 В применяются в агрегатах для автономных систем электроснабжения. Агрегаты с этими генераторами могут быть стационарными и передвижными. Большинство агрегатов применяются с дизельными двигателями, но приводом их могут быть газовые турбины, электродвигатели и бензиновые двигатели.

Схема синхронной машины показана на рис. 14. Синхронная машина отличается от асинхронной тем, что ток в обмотке ротора появляется не при вращении ее в магнитном поле статора, а подводится к ней от постороннего источника постоянного тока. Статор синхронной машины выполнен так же, как и асинхронной, и на нем обычно расположена трехфазная обмотка. Обмотка ротора в синхронной машине создает магнитный поток возбуждения и называется обмоткой возбуждения. Вращающаяся обмотка ротора соединяется с внешней цепью источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток. Обмотка якоря в машине (генераторе) — это обмотка, в которой индуцируется ЭДС и к которой присоединяется нагрузка.

Рис. 14. Схема синхронной машины:

В — обмотка возбуждения, Uв — напряжение В цепи возбуждения

Результирующий магнитный поток создается совместным действием обмоток возбуждения и статора и вращается с той же частотой, что и ротор, поэтому такие машины называются синхронными.

В схеме на рис. 14 статор является якорем, а ротор — индуктором (возбудителем), но может быть и обращенная схема, в которой статор — индуктор, а ротор — якорь как у машины постоянного тока.

В машине с неподвижным якорем применяются две разновидности ротора: явнополюсный ротор имеет явно выраженные полюсы, неявнополюсный ротор не имеет явно выраженных полюсов.

Рис. 15.Принцип устройства явнополюсной (а) и неявнополюсной (б) синхронной машины

/ — статор (якорь), 2 — ротор (индуктор), 3 — обмотка возбуждения

Постоянный ток в обмотку возбуждения синхронной машины может подаваться от специального генератора постоянного тока, установленного на валу машины и называемого возбудителем, или от сети через полупроводниковый выпрямитель.

При вращении ротора с частотой n₂ его магнитное поле возбуждения наводит в статоре ЭДС E1, частота которой

Из формулы следует, что чем больше число пар полюсов синхронной машины p*, тем меньше должна быть ее скорость вращения п для получения заданной частоты fi.

Поэтому синхронные генераторы обычно выпускают явнополюсными с большим числом пар полюсов.

Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, кроме того, требуются два вида тока – переменный и постоянный. Такие двигатели обычно выпускаются большой мощности и имеют большие габариты. Синхронные двигатели имеют проблемы пуска, обусловленные введением ротора в синхронный режим при запуске двигателя. Возможны следующие способы пуска синхронного двигателя: асинхронный пуск на полное напряжение сети и пуск на пониженное напряжение через автотрансформатор. При асинхронном пуске в момент включения (подключения обмоток статора к системе трехфазного тока) обмотки ротора не соединены с источником постоянного тока, а замкнуты накоротко. Двигатель при этом становится по принципу действия асинхронным. После разгона ротора его замкнутые обмотки размыкаются и подключаются к источнику постоянного тока.

Вместе с тем синхронный двигатель обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.

1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии, который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности (cos фи) равным единице. Если для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то синхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть.

2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения.

3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя.

4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.

Механическая характеристика синхронного электродвигателя.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Вольт-амперная характеристика — тиристор

При подаче на управляющий электрод электрического сигнала ( тока управления / у 0) изменяется скачком вольт-амперная характеристика тиристора ( рис. 13.23) и он замыкает цепь. [47]

Опубликован ряд работ 13, 4 ], посвященных исследованию индуктивных свойств участка с отрицательным сопротивлением вольт-амперной характеристики тиристора . Известно также [5, 6], что диффузионные р-п диоды при больших уровнях инжекции также проявляют индуктивные свойства. В работе [7] показано, что реактивная составляющая полной проводимости тиристора, находящегося в состоянии высокой проводимости, при средних уровнях инжекции ( / 1 5 а / см2) в коротковолновом диапазоне имеет емкостной характер. Там же указываются конкретные области и схемы применения емкостных свойств тиристоров. [48]

Причиной неравномерного распределения прямого напряжения до открытия тиристоров может явиться заметно выраженный неодинаковый наклон участков предоткрытия на вольт-амперных характеристиках тиристоров . При общем токе предоткрытия, проходящем через все последовательно соединенные тиристоры, они воспринимают разные доли от полного прямого напряжения. [50]

Коэффициенты ар и а, входящие в равенства (6.4) и (6.5), являются нелинейными функциями тока, поэтому искомую зависимость для вольт-амперной характеристики тиристора удобнее найти графически. [51]

При дальнейшем увеличении напряжения до значений напряжения переключения 1 / п наблюдается резкое возрастание анодного тока / а что соответствует точке перегиба на вольт-амперной характеристике тиристора . Физически это равносильно снижению сопротивления перехода 2 до нуля в результате его лавинного пробоя с умножением числа носителей заряда. Естественно, что при этом обе базы насыщаются носителями заряда, и падение напряжения на переходе резко снижается. Если бы в анодной цепи отсутствовало сопротивление нагрузки, то анодный ток стал бы бесконечно большим по величине и неконтролируемым. Однако в нашем случае с ростом тока происходит перераспределение напряжений между элементами схемы: падение напряжения на нагрузке увеличивается, а на тиристоре — снижается. По этой причине на вольт-амперной характеристике ( рис. 6.3) появляется участок Я отрицательного сопротивления ( duj dl 0), показанный штриховой линией. [52]

Мгновенные значения I и и для синусоидального тока можно записать в следующем виде: i / m sin со /; и U0 rai, где f / o — напряжение спрямления вольт-амперной характеристики тиристора , снятой на постоянном токе; гд — динамическое сопротивление тиристора. [53]

Конструкции тензочувствительных тиристоров принципиально не отличаются от рассмотренных выше транзисторов. Поскольку вольт-амперная характеристика тиристора (5.25) зависит от / к. [55]

На рис. 1 — 7 в изображена вольт-амперная характеристика тиристора. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики тиристора О А на рис. 1 — 7, в обычно практически ничем не отличается от обратной ветви характеристики кремниевого диода. Наибольший интерес представляет рассмотрение прямой ветви характеристики. При подаче на анод тиристора положительного напряжения вентиль может находиться в двух состояниях: закрытом и открытом. Как видно из рис. 1 — 7 0, тиристор может находиться в закрытом состоянии ( область /) только в том случае, если положительное напряжение на аноде меньше некоторого критического. В результате, когда напряжение на тиристоре достигает этого критического значения, наступает самопроизвольное включение тиристора. [56]

Какой вид имеет вольт-амперная характеристика тиристора. Как изменяется вид вольт-амперной характеристики тиристора при изменении тока управляющего электрода. [57]

Тиристоры выполнены на основе четырехслойной структуры р-п-р-п. На рис. 9.24 представлена вольт-амперная характеристика тиристора . В отличие от обыкновенного триода тиристор имеет два устойчивых участка работы, которым соответствуют отрезки вольт-амперной характеристики ОА и ВС. Отрезок АВ вольт-амперной характеристики соответствует неустойчивому режиму работы тиристора. Поскольку тиристоры обладают высокими коэффициентами усиления, то д использование их в схемах следящего привода или просто в схемах управления электродвигателями позволяет значительно упростить принципиальные электрические схемы путем уменьшения количества каскадов усиления. Следует только иметь в виду, что при работе системы на постоянном токе схема должна иметь элементы, возвращающие тиристор из проводящего состояния в запертое. [58]

Аналогичную вольт-амперную характеристику имеет и другой че-тырехслойный прибор — тиристор ( рис. 2.24, а), который в отличие от дннистора имеет еще один вывод — управляющий электрод. С помощью управляющего электрода можно изменять форму вольт-амперной характеристики тиристора , что достигается изменением тока одного из эмиттерных p — n — переходов. В результате изменяется один из коэффициентов а, поэтому при некотором токе управляющего электрода сумма сц — f — x2 1 при напряжении на аноде, меньшем UmaK. [59]

При малых токах управления необходимо включать зажимы АК тиристора на более высокое напряжение. В части же ветви тока в обратном направлении вольт-амперная характеристика тиристора повторяет характеристику диода. [60]

Асинхронный генератор

Характеристики автономных асинхронных генераторов с конденсаторным возбуждением

Если выполняются условия ω_r = const, C = const, то с включением генератора на нагрузку происходит уменьшение частоты.

Генерирование электрических колебаний переменной частоты при отмеченных условиях является характерной отличительной особенностью автономного асинхронного генератора. Принципиально возможно также получение постоянной частоты. Для этого достаточно осуществлять такое регулирование частоты вращения ротора, при котором частота вращения магнитного поля будет оставаться постоянной. В связи с этим, применительно к автономному асинхронному генератору, различают характеристики при постоянной (номинальной) частоте вращения и характеристики при постоянной (номинальной) частоте.

К основным характеристикам относятся: характеристика холостого хода, внешняя, нагрузочная, регулировочная и частотная.

В режиме холостого хода скольжение s ≈ 0. Поэтому характеристика холостого хода при постоянной частоте вращения ротора совпадает с характеристикой при постоянной частоте:

при ω_r = const; f₁ = const; I = 0 .

Внешняя характеристика автономного асинхронного генератора представляет собой зависимость напряжения на его зажимах от тока нагрузки при условии постоянства частоты вращения ротора, емкости конденсаторов и коэффициента мощности нагрузки, т.е.

при ω_r = const; C = const; cosφ = const , или соответственно:

при f₁ = const; C = const; cosφ = const,

гдe I — ток нагрузки; φ — фазовый угол сдвига между током и напряжением нагрузки.

при ω_r = const; I = const; cosφ = const, или соответственно

при f₁ = const; I = const; cosφ = const.

при U₁ = const; ω_r = const; cosφ = const, или соответственно:

при U₁ = const; f₁ = const; cosφ = const.

Частотная характеристика позволяет судить об изменении частоты с изменением нагрузки. Поэтому ее относят к постоянной частоте вращения ротора:

при ω_r = const; C = const; cosφ = const.

Номинальная частота вращения может быть выбрана по номинальной частоте при холостом ходе или номинальной нагрузке. В первом случае в соотношение подставляется значение скольжения s = 0, во втором s = s_nom

По условию ограничения намагничивающего тока за номинальную частоту вращения ротора автономного асинхронного генератора, в качестве которого часто используется асинхронный двигатель, целесообразно принимать частоту, соответствующую номинальной частоте при номинальной нагрузке. Характеристика холостого хода, нагрузочные характеристики генератора и вольтамперные характеристики конденсатора при постоянной частоте вращения ротора (ω_r = const, f₁ = var) показаны на рис. 12.

Вольтамперные характеристики конденсатора соответствуют одной и той же емкости (С = const).

Характеристика холостого хода (без учета остаточной ЭДС) изображена кривой, проходящей через начало координат. Точке ее пересечения М с вольтамперной характеристикой конденсатора (прямой 0М) соответствует установившийся режим, характеризующийся напряжением U₁₀ и током холостого хода I₀₁

После включения генератора на нагрузку координаты рабочей точки, т.е. точки пересечения магнитной (нагрузочной) характеристики машины и вольтамперной характеристики конденсатора, изменяются вследствие изменения напряжения и тока холостого хода.

С переходом от режима холостого хода к режиму с номинальной нагрузкой рабочая точка перемещается из положения М на характеристике холостого хода в положение N на нагрузочной характеристике 0NВ. Вольтамперная характеристика конденсатора поворачивается в направлении против часовой стрелки на угол Δα = α₁ — α₀, соответствующий приращению реактивного сопротивления конденсатора, обусловленному уменьшением частоты.

Изменения напряжения и тока холостого хода при переходе режима от холостого хода к режиму с номинальной нагрузкой определяются по соотношениям:

По мере увеличения нагрузки вольтамперная характеристика конденсатора продолжает поворачиваться против часовой стрелки, а рабочая точка перемещаться в направлении к точке Р. При этом генератор все более размагничивается, что сопровождается уменьшением напряжения на его зажимах. С переходом рабочей точки в ненасыщенную область 0Р напряжение резко исчезает. Режим самовозбуждения сохраняется до некоторой определенной нагрузки, характеризующей предел статической устойчивости машины.

Заметим, что если экспериментальное получение характеристик автономного асинхронного генератора переменной частоты при f_r = const осуществляется довольно просто, то теоретическое исследование режимов его работы встречает значительные затруднения. Так как каждой произвольно взятой нагрузке соответствует вполне определенная частота, то все реактивные параметры системы асинхронный генератор и нагрузка становятся функциями скольжения, причем практически отпадает возможность использования такого метода анализа, как метод круговых диаграмм. Из этого следует, что целесообразнее рассматривать характеристики автономного асинхронного генератора постоянной частоты с переменной частотой вращения ротора. Тогда все режимы работы генератора могут быть исследованы с помощью схем замещения, векторных и круговых диаграмм.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Конденсаторные установки для повышения коэффициента мощности — Самовозбуждение асинхронных двигателей при индивидуальной компенсации

Содержание материала

• Конденсаторные установки для повышения коэффициента мощности
• Введение
• Конструкции силовых конденсаторов
• Схемы соединения секций в конденсаторах
• Встроенная защита конденсаторов
• Важнейшие материалы, применяемые в конденсаторостроении
• Основные конструктивные элементы силовых конденсаторов
• Технология производства силовых, конденсаторов
• Электрические характеристики конденсаторных установок
• Емкость конденсаторной установки
• Реактивная мощность конденсаторной установки
• Энергия электрического поля конденсатора
• Потерн энергии в конденсаторной установке
• Тепловые режимы работы конденсаторной установки
• Перегрузочная способность конденсаторной установки
• Напряжение ионизации силового конденсатора
• Разряд конденсатора после отключения от сети
• Общая характеристика коммутационных процессов в конденсаторных установках
• Включение обособленного конденсатора
• Включение конденсатора на параллельную работу с другим конденсатором
• Отключение конденсатора
• Экспериментальные данные о коммутационных процессах в конденсаторных установках
• Эксплуатационные данные о коммутационных процессах, аппаратура для ограничения параметров переходных процессов
• Источники высших гармоник тока и напряжения в электрических системах
• Токи при наличии источников высших гармоник
• Эксплуатационные данные о высших гармониках в конденсаторных установках
• Меры борьбы с высшими гармониками в конденсаторных установках
• Эффект от повышения коэффициента мощности
• Источники реактивной мощности в электрических системах
• Схемы компенсации реактивных нагрузок с помощью силовых конденсаторов
• Самовозбуждение асинхронных двигателей при индивидуальной компенсации
• Последовательность расчетов по выбору мощностей и мест присоединения
• Схемы присоединения конденсаторных установок к сети
• Схемы соединения конденсаторов в батареях
• Схемы соединения фаз и заземление нейтрали конденсаторных установок
• Подразделение конденсаторных батарей на секции
• Схемы разряда конденсаторных установок
• Измерения в цепях конденсаторных установок
• Виды защит конденсаторных установок
• Условия работы защит конденсаторных установок
• Общие защиты конденсаторных установок
• Групповая и индивидуальная защиты конденсаторов плавкими предохранителями
• Регулирование и форсировка мощности конденсаторных установок
• Факторы и схемы регулирования мощности
• Форсировка мощности конденсаторных установок
• Конструкции конденсаторных установок
• Примеры конструкций конденсаторных установок
• Монтаж конденсаторных установок
• Осмотры и испытания конденсаторных установок
• Вспомогательное оборудование помещений конденсаторных установок
• Техника безопасности при эксплуатации конденсаторных установок
• Восстановительный ремонт силовых конденсаторов
• Вакуумная обработка конденсаторов, заливка их маслом и испытания

Индивидуальная компенсация с присоединением конденсаторов к сети через общий выключатель с электроприемником применяется чаще всего в отношении асинхронных двигателей и реже — в отношении силовых и сварочных трансформаторов и других приемников реактивной мощности. При индивидуальной компенсации асинхронных двигателей возможно явление самовозбуждения двигателя, если последний почему-либо может вращаться в течение некоторого времени после отключения от сети. Такие условия могут создаться, например, при индивидуальной компенсации двигателей подъемников, двигателей, приводящих механизмы с большими маховыми массами, двигателей, работающих на общий вал с другими двигателями (электрическими или первичными), и т. п. Происходящие при этом процессы весьма сходны с процессами при возбуждении асинхронных генераторов посредством силовых конденсаторов.
При работе в режиме самовозбуждения источником реактивной мощности, потребляемой асинхронным двигателем, являются конденсаторы, отключенные от сети вместе с ним, но по-прежнему соединенные с его зажимами. Напряжение на зажимах двигателя, работающего в этом режиме, зависит от мощности конденсаторов и от скорости вращения двигателя. Его можно определить с достаточной степенью точности путем графического расчета, как показано на рис. 5-4 [Л. 5-11]. Здесь кривая 1 представляет собой вольт-амперную характеристику холостого хода двигателя, а прямые 2, 3, 4 и 5 — вольт-амперные характеристики конденсаторных батарей различной мощности. Все характеристики построены для одной и той же номинальной частоты. По осям координат отложены ток и напряжение, отнесенные к номинальным току и напряжению двигателя.

Рис. 5-4. Графический расчет самовозбуждения асинхронного двигателя.

Точки пересечения характеристики двигателя с характеристиками конденсаторных батарей указывают значения напряжения на зажимах двигателя при работе его в режиме самовозбуждения. Если мощность батареи равна реактивной мощности Qo, потребляемой двигателем при холостом ходе, то двигатель, вращающийся с номинальной скоростью, возбуждается до номинального напряжения (прямая 3 и точка А на рис. 5-4). При большей мощности батареи напряжение на зажимах двигателя соответственно повышается. Так, например, при мощности батареи, равной реактивной мощности QH, потребляемой двигателем в номинальном режиме (прямая 4), напряжение составляет 143% номинального (точка В). Такое повышение напряжения нежелательно в первую очередь для самих конденсаторов.

При дальнейшем повышении мощности батареи повышение напряжения замедляется вследствие насыщения магнитной цепи двигателя (прямая 5 и точка С). При уменьшении мощности батареи до значения, соответствующего прямой 2, явление самовозбуждения вообще не наблюдается, так как эта прямая не пересекается с кривой 1.
С повышением скорости вращения двигателя, работающего в режиме самовозбуждения, напряжение на его зажимах возрастает, а с понижением скорости — быстро падает до нуля. В этом легко убедиться, проанализировав изменение кривой 1 и прямых 2—5 с изменением частоты.
Если двигатель, работающий в режиме самовозбуждения, снова включается на сеть, то могут возникнуть переходные электромеханические процессы, опасные для вала двигателя и его соединения с приводимым механизмом.
При самовозбуждении асинхронного двигателя зажимы последнего и соединенные с ними токоведущие части находятся под напряжением после отключения двигателя. Персонал, обслуживающий установку, как правило, не знает об этом и считает, что прикосновение к токоведущим частям отключенного двигателя не представляет какой-либо опасности. В результате этого самовозбуждение асинхронного двигателя может привести к поражению обслуживающего персонала электрическим током.
В литературе описан несчастный случай со смертельным исходом, вызванный самовозбуждением асинхронного двигателя 220 В, 66 квт. Источником намагничивающего тока в этом случае служила отключенная линия 15 кВ, соединенная с двигателем через трансформатор [Л. 11-13]. Такие же тяжелые последствия может иметь и самовозбуждение асинхронного двигателя при индивидуальной компенсации его силовыми конденсаторами.
В связи с этим рекомендуют выбирать мощность конденсаторов при индивидуальной компенсации асинхронного двигателя с таким расчетом, чтобы она была несколько меньше реактивной мощности Qo, потребляемой двигателем при холостом ходе, составляя не более 90% последней. Тогда самовозбуждение двигателя или вообще невозможно (характеристика двигателя не пересекается с характеристикой батареи), или происходит при напряжении на зажимах, меньшем номинального.
Определив по техническим данным двигателя значения QH и Qo и задавшись отношением Qo : Qo, можно найти допустимую мощность конденсаторной батареи Qo и коэффициент мощности компенсированного двигателя при номинальной нагрузке.